В И. Аксоне», Ы, Г* Лддмгичен, 11 И. Ничкова,
В А* Никулин, С. Э* Кяяин, Е* В. Аксенов
ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО
промышленных предприятий
lln\ pc'A.i'MWA ьщ^.ам Гесуот^л^кк^й премии СССР,
SV^r-ф .. ЬхЛЧЦ SOW If^V'i S Ь^ АйСРКПВД
У/
Mttf ым. ,Wltf

УДК 628.54
А42
А42 Аксенов В. й., Ладыгичев М. Г., Ничкова И. И., Никулин В. А., Кляйн С. Э.,
Аксенов Е. В. Водное хозяйство промышленных предприятий: Справочное издание: В 2-х
книгах. Книга 1/ Под ред. В. И. Аксенова. — М: Теплотехник, 2005. — 640 с.
В справочнике рассматривается вопрос современного состояния водного хозяйства
промышленных предприятий РФ и перспективы его развития. Отдельно (подробно) рассмотрены
системы водного хозяйства предприятий черной и цветной металлургии, машиностроения и
металлообработки: их водопотребление, образование сточных вод и технологические схемы их очистки и
повторного использования. Приводятся данные по выбору и расчету необходимого
оборудования для обработки сточных вод: отстойного, фильтровального, выпарного, сушильного и др.
Значительное внимание уделено процессам обработки и дальнейшей утилизации образующихся
осадков. Представлены новые виды труб, запорной арматуры, насосов, различных емкостей,
перемешивающих устройств и др., используемых в практике эксплуатации водного хозяйства
промышленных 1федприятив. Описано и представлено большое количество новейших реагентов,
прежде всего флокулянтов, определяющих уровень обработки стоков. Кроме этого,
рассмотрена возможность применения современных материалов: сорбентов, фильтровальных, тканей и
сеток, защитных средств и др. Весь представленный материал оценивался с позиций аналогичной
практики развитых стран и сравнивался с лучшими зарубежными образцами.
Ил. 130. Табл. 177. Еиблиогр. список: 278 назв.
Работа представлена в авторской редакции.
ISBN5-984574J9-7(Кн. 1,1-йз-д) ©АксеновВ.И.идр 2005г.
ISBN 5-98457-026-2 © ТеинявииГ, 2005 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 6
РАЗДЕЛ I.
ОБЩИЕВОПРОСЫ 7
Глава 1- Основы законотворческой деятельности в области охраны природы .......... 9
1.1. Общее законодательство 9
1.2. Закон об охране окружающей природной среды 16
1.3. Общие нормативные требования 35
1.4. Нормативные требования к составу поверхностных вод 46
1.5. Нормативные требования по загрязнению почвы 46
1.6. Разработка проекта предельно-допустимого сброса в гидросферу 48
1.7.Санитарно-защитныезоны 51
1.8. Санитарная классификация предприятий. Металлургические,
машиностроительные и металлообрабатьгешощие предприятия и производства.. 58
1.9. Список литературы к главе 1 61
/}«шя£ Концепция устойчивого развития. Безотходныетехнеологии 62
2.1.Безотходныетехнологии 62
2.2. Концепция устойчивого развития 78
2.3. Список литературы кглаве2 106
РАЗДЕЛ II.
ВОДОСНАБЖЕНИЕМ ВОДООТВВДЕНИЕ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 108
Глава 3* Промышленное водоснабжение ПО
3.1. Качества и свойства природной воды 112
3.2. Использование водных ресурсов 126
3.3. Баланс воды в системе оборотного водоснабжения 133
3.4. Системы и схемы промышленного водоснабжения 137
3.5. Оборотные системы промышленного водоснабжения 143
3.6. Методы предотвращения образования отложений 145
3.7. Коррозия. Методы защиты металла от коррозии 165
3.8. Охлаждение оборотной воды. Процессы охлаждения воды в охладителях 184
3.9. Водохранилища-охладители.. 188
3.10. Брызгательные устройства 194
3.11.Градирни 199
3.12. Применение испарительного охлаждения 206
3.13. Применение воздушного охлаждения воды 211
3.14. Потери водыв охладителях 217
3.15. Резервы промышленного водоснабжения. Использование
дочищенных городских сточных вод в системах водного хозяйства
промышленных предприятий 218
3

3.16. Поверхностный сток-резерв замкнутых систем
промышленного водоснабжения 227
3.17. Специальные методы обработки воды для технического водоснабжения 236
3.18. Удаление из воды растворенных газов (дегазация воды) 243
3.19. Список литературы к главе 3 257
Глава 4. Промышленное водоотведение. Сточные воды. Образование.
Методы очистки производственных йод 259
4.1. Методы очистки сточных вод 287
4.1.1. Механические методы 288
4.1.2. Химические методы 305
4.1.3. Физико-химическая очистка производственных сточных вод 317
4.1.4. Электрохимические методы 358
4.1.5. Физические методы 390
4.1.6. Биотехнологические методы 392
4.1.7. Специальные СИ для контроля сточных вод 429
4.2. Список литературы к главе 4 438
РАЗДЕЛ III.
ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ 440
Глава 5. Водное хозяйство предприятий черной металлургии 440
5.1. Водопотребление отрасли 440
5.2. Образование сточных вод 449
5.2.1. Сточные воды горнорудных предприятий 452
5.2.2. Агломерационное производство 455
5.2.4. Доменное производство 460
5.2.5Хточныеводь1Сгалеш1авильнь1хцехов 462
5.2.6. Непрерывная разливка стали 466
5.2.7. Прокатное производство 466
5.2.8. Сточные воды, образующиеся при травлении черных металлов 468
5.2.9. Метизные заводы 470
5.2.10. Ферросплавное производство 473
5.2.11. Вспомогательные производства 474
5.3. Методы и схемы обработки сточных вод 479
5.3.1. Очистка и использование сточных вод руцообогатительных фабрик 479
5.3.2. Очистка сточных вод агломерационных фабрик 482
5.3.3.0чисткасточньгхводкоксохимических предприятий 486
5.3.4. Очистка сточных вод установок очистки доменного газа 505
5.3.5. Очистка сточных вод сталеплавильного производства .'*507
5.3.6. Очистка сточных вод ферросплавного производства !.".'.'."".'."".'.".'.'512
5.3.7. Очистка сточных вод прокатного производства '„^. 514
5.4. Список литературы к главе 5 «г,
4

Глава 6. Водное хозяйство предприятий цветной металлургии 524
6.1. Водопотребление отрасли 524
6.2. Образование сточных вод 536
6.3. Методы и схемы обработки сточных вод 565
6.3.1. Очистка сточных вод предприятий обогащение руд цветных металлов 576
6.3.2. Очистка сточных вод предприятий ашомшшевой промышленности 578
6.3.3. Очистка сточных вод предприятий производства магния ититана 582
6.3.4. Очистка сточных вод заводов цветной металлургии 585
6.3.5. Очистка сточных вод от золотоизвлекательных фабрик 597
6.3.6. Очистка сточных вод от мышьяка 603
6.4.Сшсоклитературыкглаве6 628
5

ВВЕДЕНИЕ
В предлагаемом справочнике (в 2-х книгах) материал условно поделен на
две части: общие вопросы, которые включают в том числе и современные
представления о водоснабжении и водоотведении промышленных
предприятий, и конкретные вопросы — водное хозяйство металлургических,
машиностроительных и металлообрабатывающих предприятий, обработка осадков,
создание замкнутых систем водного хозяйства и др. Причем в каждом томе
материала из обеих частей приблизительно поровну. Вызвано это тем
обстоятельством, что в последние 15-20 лет материала по обеим частям было
опубликовано совершенно недостаточно, особенно по отраслевому
водопользованию. Этот пробел разумно восполнить. Другая причина — авторы уже
достаточно давно (около 50 лет) работают по проблемам водного хозяйства
промышленных предприятий, и, прежде всего, «металлического» профиля. В
главах, посвященных водному хозяйству трех отраслей (машиностроение и
металлообработка объединены) рассматривается водопотребление,
образование сточных вод и технологические схемы их очистки и повторного
использования. Приводятся данные по выбору и расчету необходимого оборудования
для обработки сточных вод: отстойного, фильтровального, выпарного,
сушильного и др. Значительное внимание уделено процессам обработки и
дальнейшей утилизации образующихся осадков. Описано и представлено большое
количество новейших реагентов, прежде всего флокупянтов, определяющих
уровень обработки стоков. Кроме этого, рассмотрена возможность применения
современных материалов: сорбентов, фильтрованных тканей и сеток,
защитных (антикоррозийных) средств и др. Весь представленный материал
оценивался с позиций аналогичной практики развитых стран и сравнивался с
лучшими зарубежными образцами.
Читатель наверное обратит внимание, что в первом томе некоторое
предпочтение отдано «металлическим» отраслям. Все авторы живут на Урале и,
естественно, имеют дело с этими предприятиями. Однако практически весь
представленный материал может быть использован на любых
промышленных предприятиях. Особое внимание уделено проблеме создания замкнутых
систем как единственно правильному пути реконструкции водного хозяйства
промышленных предприятий. Другого нет.
В заключении коллектив авторов обязан выразить сердечную благодарность
нашим молодым сотрувддакам: А. В. Васильевой, Е. А. Русановой, И. А.
Щукиной за помощь, оказанную при подготовке рукописи.
6

Раздел I.
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
Вторая половина XX века знаменовала собой наступление эколого-экономи-
ческого кризиса поистине во вселенском масштабе. В разных странах
проявление этого кризиса имело различный характер и не совпадало по срокам,
однако достаточно быстро стала понятна его основная черта — деградация
природы и неспособность государств решить эту проблему. Причины кризиса
определяются истощением природных ресурсов, особенно «удобно
расположенных» для использования, глобальным загрязнением окружающей среды и как
следствие ухудшением здоровья всего живого на Земле включая человека.
Действительно, в этот период техническое могущество человечества было
достигнуто за счет огромного «перерасхода» природных ресурсов. Так, за
период с 1940 по 1999 гг. средняя зарплата увеличилась в 6,5 раз, а потребление
нефти на душу населения возросло почти в 14, электроэнергии—в 25,
природного газа — в 160 раз. При этом важнейший показатель — суммарное
количество отходов на душу населения — увеличился почти в 30 раз. Это привело к
бесконечной череде малых и крупных кризисов: 50-е годы — появление смога
в крупных городах (Лондон и др.) и распространение биологически не
разлагаемых СПАВ (ДЦТ, моющие вещества и др.); 60-е — катастрофическое
загрязнение водных ресурсов (реки Рейн, Маас, Волга в Европе, река Миссури и
Великие озера — в США, прибрежные воды — в Японии и др.); 70-е —
энергетический кризис; 60-90-е годы — вырубка лесов и т.д. Появились
огромные города, в которых нет здоровых детей (С.-Петербург, Мехико и др.), а в
целом заболеваемость возросла за последние 30 лет более чем в 5 раз, в том
числе в крупных промышленных узлах — в 10-20 раз. Стало ясно, что без
принятия действенных кардинальных мер человечество просто не выживет.
Это привело к появлению в 60-е годы различных направлений (теорий,
программ и др.) по выживанию общества. Конечно, так как кардинальные
решения всегда связаны с огромными финансовыми (и иными) затратами,
развитые страны сумели создать у себя условия «экологического выживания»,
реконструировав производство, улучшив среду обитания, вступив тем самым в
постиндустриальную эру развития, так называемое информационное общество.
Остальные страны, а их подавляющее большинство включая Россию,
остались на уровне ресурсо- и энергорасточительной экономики, приводящей к
разбазариванию за бесценок природных ресурсов и повышенному загрязнению
окружающей среды. Пока положение дел только ухудшается, поскольку даже
развитые экологически благополучные страны не могут избежать воздействия
«грязных» соседей (так, Норвегию и Швецию заливают кислотные дожди,
образовавшиеся далеко за пределами этих стран). Поэтому принципиальные
7

направления выхода из эколого-экономического кризиса, одобренные ООН, были
и будут в обозримом будущем особо актуальны. Отметим, что необходим
принципиальный пересмотр человеческих ценностей, в том числе и
отношение к окружающей нас природе.
Здесь вероятно, следует остановиться на определении науки и совокупности
практических мер по рациональному использованию природных ресурсов и
охране окружающей среды, названной акад. В. И. Вернадским
природопользованием.
Природопользование решает и исследует проблемы удовлетворения
материальных потребностей человеческого общества, необходимых для его
нормального воспроизводства и интеллектуально-духовного развития, в течение
неограниченно долгого времени на базе ограниченных природных ресурсов
без деградации окружающей среды. Природопользование является синтезом
многих фундаментальных наук и технологий (физических, химических,
биологических), охватывающих весь народно-хозяйственный комплекс. Поэтому оно
носит межотраслевой характер, рассматривает многие вопросы на высоком
уровне абстракций, оперирует весьма обширным арсеналом понятий и
определений, изучает не всегда явные и весьма обширные взаимосвязи
технологических, экологических процессов и явлений. Составными частями
природопользования служат поиск, разведка и оценка природных ресурсов, их
извлечение и переработка, пользование продуктами последней, воспроизводство
природных ресурсов, охрана их и окружающей среды в целом.
Основу природопользования составляет совокупность производственных
процессов и технологий. В этой части объектом изучения являются
конкретные производственные процессы и производства, практические методы
превращения исходных материалов в готовые продукты и применяемые для
этого технические средства. Однако природопользование — не только совокуп_
ность производственных процессов и технологий. Это и наука, отражающая
наиболее общие закономерности материального производства. Широко
применяя положения фундаментальных наук, прежде всего физики, химии,
биологии, природопользование как наука позволяет познать сущность
производственных процессов, вскрыть закономерности сопровождающих их явлений,
определить области и пределы использования этих явлений для практических
целей.
Природопользование оперирует весьма обширным классом
технологических и научных представлений. Разнообразны его методы исследования и ана.
лиза: логические, физические, химические, физико-химические,
биологические, технологические, нормативные, экономико-математические,
статистические и др.

Глава 1.
ОСНОВЫ ЗАКОНОТВОРЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
В ОБЛАСТИ ОХРАНЫ ПРИРОДЫ
Природоохранная деятельность субъектов хозяйствования, в том числе
предприятий и производств металлургического комплекса регламентируется:
• законодательством (международные конвенции, соглашения и другие акты;
законы РФ, указы президента, постановления правительства);
• нормативной базой (государственные и отраслевые стандарты,
нормативы, нормы, правила);
• методической базой (стандарты, методические указания, руководящие
документы, правила и др.).
1.1. ОБЩЕЕ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО
Основные законодательные требования определены перечнем документов,
представленных ниже.
Международные соглашения
Декларация об окружающей человека среде, принята в Стокгольме на
Конференции ООН, 1972 г.
Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния,
Женева, 1979, ратиф. 22.05.80.
Резолюция Генеральной Ассамблеи ООН от 29.10.82 № 37/7 «Всемирная
хартия природы».
Венская конвенция об охране озонового слоя, Вена, 1985.
Протокол о сокращении выбросов серы или их трансграничных потоков по
крайней мере на 30 процентов к Конвенции о трансграничном загрязнении
воздуха на большие расстояния, Хельсинки, 1985, ратиф. 10.09.86.
Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой,
Монреаль, 16.09.87, ратиф. 10.11.88, введен в действие с 01.01.89.
Протокол о контроле за выбросами окислов азота или их трансграничными
погоками к Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие
расстояния, София, 1988, ратиф. 21.06.89.
Базельская конвенция о контроле за трансграничной перевозкой опасных
отходов и их удалением, Базель, 22.03.89, ратиф. 25.11.94, введена в действие с
01.05.95.
Конвенция об оценке воздействия на окружающую среду в трансграничном
контексте. ООН. Экономический и Специальный Совет. Европейская
экономическая комиссия. Финляндия. 25.02.91-01.03.91. Подписана Правительством
9

СССР 06.07.91, период действия — с 06.07.91. Подтверждено Правительством
РФ от 13.01.92 № Н - № 11, ГП МИД РФ.
Протокол об охране окружающей среды к Договору об Антарктиде
(Мадрид, 4 октября 1991 г.)
Лондонская поправка к Монреальскому протоколу по веществам,
разрушающим озоновый слой, Лондон, 1990,ратиф. 13.01.92.
Межправительственное соглашение государств — участников СНГ от
08.02.92 «О взаимодействии в области экологии и охраны окружающей
природной среды».
Конвенция по охране и использованию трансграничных водотоков и
международных озер, Хельсинки, 17.03.92, ратиф. 18.03.92, введена в действие
постановлением Правительства РФ от 13.04.93 № 331.
Конвенция о трансграничном воздействии промышленных аварий,
Хельсинки, 17.03.92, ратиф. 18.03.92, введена в действие с 04.11.93 решением
Правительства РФ от 04.11.93.
Декларация по окружающей среде и развитию, Рио-де-Жанейро, 14.06.92.
Соглашение между Правительством Российской Федерации и
Правительством Канады о сотрудничестве по вопросам окружающей среды, Москва,
08.05.93.
Соглашение от 05.06.93 между Правительством Российской Федерации и
Правительством Республики Татарстан о взаимодействии в области охраны
окружающей среды.
Соглашение между Правительством Российской Федерации и
Правительством Китайской Народной Республики о сотрудничестве в области охраны
окружающей среды, Пекин, 27.05.94.
Соглашение между Правительством Российской Федерации и
Правительством Китайской Народной Республики о сотрудничестве в области охраны,
регулирования и воспроизводства живых водных ресурсов в пограничных
водах рек Амур и Уссури, Пекин, 27.05.94.
Протокол о дальнейшем сокращении выбросов серы к Конвенции о
трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, Осло, 1994, ратиф.
14.06.94.
Соглашение между Правительством Российской Федерации и
Правительством Республики Беларусь о сотрудничестве в области охраны окружающей
природной среды, Смоленск, 05.07.94.
Соглашение между Правительством Российской Федерации и
Правительством Украины о сотрудничестве в области охраны окружающей природной
среды, Москва, 26.07.95.
Закон «О ратификации Киотского протокола к Рамочной конвенции ООН об
изменении климата», 2004 г.
10

Резолюции второго Всемирного саммита по устойчивому развитию,
Йоханнесбург, ЮАР, август 2002 г.
Законы РФ
Конституция Российской Федерации. 12.12.93.
Водный кодекс. 16.11.95 № 167-ФЗ.
О плате за землю. 11.10.91 № 1738-1 (ред. от 29.12.98 с изм. от 30.12.01).
Закон РФ от 21.02.1992 г. № 2395-1 «О недрах» (в ред. от 03.03.95 г.) (с изм.
и доп. от 10.02.99 г., 02.01.2000 г., 14.05., 08.06.2001 г., 29.05.02г.).
Закон РФ «О безопасности» от 05.03.92.
О ратификации Базельской конвенции о контроле за трансграничной
перевозкой опасных отходов и их удалением. 24.11.94 № 49-ФЗ.
О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и
техногенного характера. 21.12.94 № 68-ФЗ.
Федеральный закон от 23.02.95 № 26-ФЗ «О природных лечебных ресурсах,
лечебно-оздоровительных местностях и курортах».
Федеральный закон от 14.03.95 № 33-ФЗ «Об особо охраняемых природных
территориях» (с изм. и доп. от 30.12.01).
Федеральный закон от 24.04.95 № 52-ФЗ «О животном мире».
Об экологической экспертизе. 23.11.95 № 174-ФЗ (ред. от 15.04.98).
Закон «О континентальном шельфе» от 30.11.95 № 187-ФЗ
О геодезии и картографии. 26.12.95 № 209-ФЗ.
О радиационной безопасности населения. 09.01.96 № 3-ФЗ.
Об энергосбережении 03.04.96 № 28-ФЗ.
Лесной кодекс Российской Федерации от 29.01.97 № 22- ФЗ (с изм. и доп. от
30.12.01 г., 25 июля, 24 декабря 2002 г.). Статья 125.
Федеральный закон от 02.05.97 № 76-ФЗ «Об уничтожении химического
оружия» (с изм. и доп. от 29.11.01г., 10.01.03г.)
Федеральный закон от 24.05.97 № 79-ФЗ «О ратификации Протокола по
охране окружающей среды к Договору об Антарктике».
Федеральный закон от 21.07.97 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности
опасных производственных объектов» (с изм. и доп. от 07.08.2000 г.)
Федеральный закон от 24.06.98 № 89-ФЗ «Об отходах производства и
потребления» (с изм. и доп. от 29.12.2000г., 10.01.2003г.).
Федеральный закон от 19.07.98 « 113-ФЗ «О гидрометеорологической
службе» (с изм. и доп. от 25.06.02г.).
Федеральный закон от 31.07.98 № 155-ФЗ «О внутренних морских водах,
территориальном море и прилежащей зоне Российской Федерации»
Федеральный закон от 17.12.98 № 191-ФЗ «Об исключительной
экономической зоне Российской Федерации» (с изм. и доа от 08.08.2001 г., 21.03.2002 г.).
11

Закон «О соглашениях о разделе продукции» (принят ГД ФС 23.12.1998.)
О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения. 30.03.99 № 52-
ФЗ
Федеральный закон от 01.05.99 № 94-ФЗ «Об охране озера Байкал» (с изм. и
доп. от 27.12.2000 г., 30.12.2001 г., 24.12.2002 г.)
Об охране атмосферного воздуха. 004.05.1999. № 96-ФЗ
О защите прав потребителей. 17.12.99 № 212-ФЗ
О плате за пользование водными объектами. 06.05.01 № 71-ФЗ (с изм.
07.08.2001).
Федеральный закон от 07.05.01 №49-ФЗ «О территориях традиционного
природопользования коренных малочисленных народов Севера, Сибири и
Дальнего Востока Российской Федерации»
Федеральный закон от08.08.01 № 128-ФЗ «О лицензировании отдельных видов
деятельности
Земельный кодекс. 25.10.01 № 136-ФЗ.
Кодекс об административных правонарушениях (КоАП РСФСР) от 30.12,0].
Об охране окружающей среды. 10.01.02 № 7-ФЗ.
Федеральный закон от 28.08.95. № 154-ФЗ «Об общих принципах
организации местного самоуправления в Российской Федерации» (статья 5).
Указы Президента РФ
Указ президента РФ «Об охране природных ресурсов территориальных вод
континентального шельфа и экономической зоны РФ» от 05.05.92 №436.
О государственной стратегии Российской Федерации по охране окружу
щей среды и обеспечению устойчивого развития. 04.02.94 N° 236.
О концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитц1о
01.04.96 №440.
Указ президента РФ от 29.08.97 № 950 «О мерах по обеспечению oxpaiJ
морских биологических ресурсов и государственного контроля в этой сФсре>>
Определение конституционного Суда РФ от 10.12.02 N» 284-0 «По запр0с
Правительства Российской Федерации о проверке конституционности посТ£к
новления Правительства Российской Федерации «Об утверждения Поряди
определения платы и ее предельных размеров за загрязнение окружающе^
природной среды, размещение отходов, другие виды вредного воздействия»-
статьи 7 федерального закона «О введении в действие части первой Налогу
вого кодекса Российской Федерации».
Указ президента РФ «О природных ресурсах побережий Черного и Азовс^
го морей» от 06.07.94. № 1470.
Указ президента РФ «О системе и структуре федеральных органов исполв^
тельной власти» от 9.03.04 № 314.
12

Указ президента РФ « Вопросы и структуры федеральных органов
исполнительной власти» от 20.05.04 № 649.
Постановления Правительства РФ
О порядке введения в действие Положения о порядке лицензирования
пользования недрами. 15.07.92. № 3314-1.
Постановление «Об утверждении порядка определения платы и ее
предельных размеров за загрязнения окружающей среды, размещение отходов,
другие виды вредного воздействия», утверждено 28.08.92 № 632
Об утверждении Порядка разработки и утверждения экологических
нормативов выбросов и сбросов загрязняющих веществ и окружающую природную
среду, лимитов использования природных ресурсов, размещения отходов.
03.08.92. П° 545 (ред. от 16.06.2000).
Постановление Правительства РФ от 22.07.92 № 505 «Об утверждении
Порядка инвентаризации мест и объектов добычи, транспортировки,
переработки, использования, сбора, хранения и захоронения радиоактивных веществ и
источников ионизирующего излучения на территории Российской Федерации»
Постановление Правительства РФ от 03.08.92 N° 545 «Об утверждении
Порядка разработки и утверждения экологических нормативов выбросов и
сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду, лимитов
использования природных ресурсов, размещения отходов» (с изм. и доп. от 16.06.2000)
Постановлении Правительства РФ № 155от 10.02.97. «Об утверждении
правил предоставления коммунальных услуг и о предоставлении услуг по вывозу
твердых и жидких бытовых отходов»
Постановление правительства РФ от 25.11.94 «О комплексной федеральной
программе по обеспечению охраны озера Байкал и рационального
использования природных ресурсов его бассейна».
Гражданский Кодекс Российской Федерации A994-1995 гг.), статьи 426,428,
539-548.
Постановление Правительства РФ от 02.02.96 № 95 «О первоочередных
мероприятиях по оздоровлению экологической обстановки на реке Волге и ее
притоках, восстановлению и предотвращению деградации природных
комплексов Волжского бассейна» (с изм. и доп. от 24.04.98).
Постановление Правительства РФ от 11.06.96 № 69S «Об утверждении
Положения о порядке проведения государственной экологической экспертизы».
Постановление от 13.09.96 № 1097 «О порядке разработки, согласования,
государственной экспертизы, утверждение и реализация схем комплексного
использования и охраны водных ресурсов».
Постановление Правительства РФ от 19.10.96 за № 1249 «О порядке
ведения государственного кадастра особо охраняемых природных территорий».
13

Постановление от 23.11.96 № 1404 «Об утверждении положения о
водоохранных зонах водных объектов и их прибрежных защитных полосах».
Постановление Правительства РФ от 19.12.96 № 1504 «О порядке
разработки и утверждения нормативов предельно допустимых вредных воздействий
на водные объекты».
Постановление Правительства РФ от 16.06.97 № 716 «Об утверждении
Положения о ведении государственного мониторинга водных объектов».
Постановление Правительства РФ от 20.06.97 № 762 «О порядке
эксплуатации водохранилищ».
Постановление Правительства РФ от 11Л 0.97 № 1298 «Об утверждении
Правил организации системы государственного учета и контроля радиоактивных
веществ и радиоактивных отходов».
Постановление Правительства РФ от 02.02.98 № 132 «Об утверждении
Положения о государственном контроле за геологическим изучением,
рациональным использованием и охраной недр» (с изм. и доп. от 04.12.01).
Постановление Правительства РФ от 18.05.98 № 461 «Об утверждении
Положения о проведении государственного экологического контроля в закрытых
административно-а-ерриторишшных образованиях, на режимных, особорежим-
ных и особо важных объектах Вооруженных Сил Российской Федерации и
государственной экологической экспертизы вооружения и военной техники,
военных объектов и военной деятельности».
Постановление Правительства РФ от 23.05.98 № 490 «О порядке
формирования и ведения Российского регистра гидротехнических сооружений».
Постановление Правительства РФ от 02.07.99. № 737 «О федеральной
целевой программе «Создание методов и средств защиты населения и среды
обитания от опасных и особо опасных патогенов в чрезвычайных ситуациях при-
родногоитехно1^ениогохарактерав1999-2005годах»(сизм. и доп. от 24.08.02).
Постановление Правительства РФ от 27.08.99 № 972 «Об утверждении
Положения о создании охранных зон стационарных пунктов наблюдений за
состоянием окружающей природной среды, ее загрязнением».
Постановление Правительства РФ от 24.11.99 № 1292 «О специально
уполномоченном федеральном органе исполнительной власти в области охраны
атмосферного воздуха».
Постановление Правительства РФ от 21.12.99 № 972 «Об утверждении
Положения о создании охранных зон стационарных пунктов наблюдений за
состоянием окружающей природной среды, ее загрязнением».
Постановление Правительства РФ от 02.03.00 № 182 «О порядке установлен
ния и пересмотра экологических и гигиенических нормативов качества
атмосферного воздуха, предельно допустимых уровней физических воздействии на
атмосферный воздух и государственной регистрации вредных (загрязняющих)
веществ и потенциально опасных веществ».
14

Постановление Правительства РФ от 02.03.00 N° 183 «О нормативах
выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух и вредных
физических воздействий на него».
Постановление правительства РФ от 10.03.00 № 208 «Об утверждении
правил разработки и утверждения нормативов предельно допустимых
концентраций вредных веществ и нормативов предельно допустимых вредных
воздействий на морскую среду и природные ресурсы внутренних морских вод и
территориального моря Российской Федерации».
Об утверждении Положения о государственном учете вредных воздействий
на атмосферный воздух и их источников. 21.04.2000 № 373.
Постановление Правительства РФ от 16.06.00 № 461 «О Правилах
разработки и утверждения нормативов образования отходов и лимитов на их
размещение»
Положение о государственной службе наблюдения за состоянием
окружающей природной среды (утв. постановлением Правительства РФ от 23.08.00
№ 622).
Основные требования к разработке планов по предупреждению и
ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов (утв. постановлением
Правительства РФ от 21.08.00 № 613).
Постановление Правительства РФ от 06.09.00 № 661 «Об экологическом
зонировании Байкальской природной территории и информировании населения
о границах Байкальской природной территории, ее экологических зон и об
особенностях режима экологических зон».
Постановление Правительства РФ от 26.10.00 №818 «О порядке ведения
государственного кадастра отходов и проведения паспортизации опасных
отходов».
Об утверждении Положения о государственном контроле за охраной
атмосферного воздуха. 15.01.2001 №31.
Постановление Правительства РФ от 15.01.01 № 31 «Об утверждении
Положения о государственном контроле за охраной атмосферного воздуха».
Постановление Правительства РФ от 22.01.01 № 46 «О федеральном органе
исполнительной власти, ответственном за выполнение Соглашения о
сотрудничестве в области экологического мониторинга».
Постановление Правительства РФ от 19.03.01 № 199 «Об утверждении
Положения о лицензировании деятельности по хранению, перевозке и
уничтожению химического оружия, обращению с токсичными химикатами и отходами,
образующимися в процессе уничтожения химического оружия»
Постановление Правительства РФ от 07.12.01 №860 «О федеральной целевой программе
«Экология и природные ресурсы России B002-2010 годы)».
15

Постановление Правительства РФ от 26.12.01 № 900 «Об особо
охраняемых геологических объектах, имеющих научное, культурное, эстетическое,
санитарш-оздоровительное и иное значение».
Постановление Правительства РФ от 28.01,02 № 67 «Об особенностях
охраны, вылова (добычи) эндемичных видов водных животных и сбора
эндемичных видов водных растений озера Байкал».
Правилаорганизации мероприятий по предупреждению и ликвидации
разливов нефти и нефтепродуктов на территории Российской Федерации (утв.
Постановлением Правительства РФ от 15.04.02. № 240).
РаспоряжениеПравительстваРФот31.08.02Х» 1225 об экологической
доктрине РФ.
Перечень объектов, подлежащих федеральному государственному
экологическому контролю (утв. постановлением Правительства РФ от 29.10.02.
№777).
Положение «О Федеральной службе по надзору в сфере
природопользования» угвервдено постановлением Правительства Российской Федерации от
30.07.04 №400.
Постановление Правительства РФ от 31.03.2003 № 177 «Об организации и
осуществлении государственного мониторинга окружающей среды
(государственного экологического мониторинга)».
Положение о «Федеральной службе по экономическому, технологическому и
атомному надзору» утверждено постановлением Правительства Российской
Федерации от 30.07.04 № 401.
1.2. ЗАКОН ОБ ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
О&ьтпы охраны окружающей среды (Ст. 4).
1. Объектами охраны окружающей среды от загрязнения, истощения, дсг_
радации, порчи, уничтожения и иного негативного воздействия хозяйственной
и иной деятельности являются:
• земли, недра, почвы;
• поверхностные и подземные воды;
•леса и иная растительность, животные и другие организмы и нх
генетический фонд;
• атмосферный воздух, озоновый слой атмосферы и околоземное
космическое пространство.
2. Б первоочередном порядке охране подлежат естественные эколощчес_
кие системы, природные ландшафты и природные комплексы, не подверп1Ше_
ся антропогенному воздействию.
3. Особой охране подлежат объекты, включенные в Слисок всемирного куЛЬг
турного наследия и Список всемирного природного наследия, госУДарСТВе1ь
16

ные природные заповедники, в том числе биосферные, государственные
природные заказники, памятники природы, национальные, природные и
дендрологические парки, ботанические сады, лечебно-оздоровительные местности и
курорты, иные природные комплексы, исконная среда обитания, места
традиционного проживания и хозяйственной деятельности коренных малочисленных
народов Российской Федерации, объекты, имеющие особое природоохранное,
научное, историко-культурное, эстетическое, рекреационное, оздоровительное
и иное ценное значение, континешшьньтй шельф и исключительная
экономическая зона Российской Федерации, а также редкие или находящиеся под
угрозой исчезновения почвы, леса и иная растительность, животные и другие
организмы и места их обитания.
Нормирование в области охраны окружающей среды
Основы нормирования в области охраны окружающей среды (Ст. 19).
1. Нормирование в области охраны окружающей среды осуществляется в
целях государственного регулирования воздействия хозяйственной и иной
деятельности на окружающую среду, гарантирующего сохранение благоприятной
окружающей среды и обеспечение экологической безопасности.
2. Нормирование в области охраны окружающей среды заключается в
установлении нормативов качества окружающей среды, нормативов допустимого
воздействия на окружающую среду при осуществлении хозяйственной и иной
деятельности, иных нормативов в области охраны окружающей среды, а
также государственных стандартов и иных нормативных документов в области
охраны окружающей среды.
3. Нормативы и нормативные документы в области охраны окружающей
среды разрабатываются, утверждаются и вводятся в действие на основе
современных достижений науки и техники с учетом международных правил и
стандартов в области охраны окружающей среды.
Нормирование в области охраны окружающей среды осуществляется в
порядке, установленном Правительством Российской Федерации
Нормативное обеспечение охраны окружающей среды
Государственные стандарты и иные нормативные документы в
области охраны окружающей среды (Ст. 29).
1. Государственными стандартами и иными нормативными документами в
области охраны окружающей среды устанавливаются:
• требования, нормы и правила в области охраны окружающей среды к
продукции, работам, услугам и соответствующим методам контроля;
• ограничения хозяйственной и иной деятельности в целях предотвращения
ее негативного воздействия на окружающую среду;
1*7

• порядок организация деятельности в области охраны окружающей среды и
управления такой деятельностью.
2. Государственные стандарты и иные нормативные документы в области
охраны окружающей среды разрабатываются с учетом научно-технических
достижений и требований международных правил и стандартов.
3. В государственных стандартах на новую технику, технологии, материалы,
вещества и другую продукцию, технологические процессы, хранение,
транспортировку, использование такой продукции, в том числе после перехода ее в
категорию отходов производства и потребления, должны учитываться
требования, нормы и правила в области охраны окружающей среды.
Нормативы качества окружающей среды (Ст. 21).
1. Нормативы качества окружающей среды устанавливаются для оценки
состояния окружающей среды в целях сохранения естественных
экологических систем, генетического фонда растений, животных и других организмов.
2. К нормативам качества окружающей среды относятся:
нормативы, установленные в соответствии с химическими показателями
состояния окружающей среды, в том числе нормативы предельно
допустимых концентраций химических веществ, включая радиоактивные вещества;
-нормативы, установленные в соответствии с физическими показателями
состояния окружающей среды, в том числе с показателями уровней
радиоактивности и тепла;
- нормативы, установленные в соответствии с биологическими
показателями состояния окружающей среды, в том числе видов и групп растений,
животных и других организмов, используемых как индикаторы качества
окружающей среды, а также нормативы предельно допустимых концентраций
микроорганизмов;
- иные нормативы качества окружающей среды.
3. При установлении нормативов качества окружающей среды
учитываются природные особенности территорий и акваторий, назначение природных
объектов и природяо-ангропогенных объектов, особо охраняемых территорий,
в том числе особо охраняемых природных территорий, а также природных
ландшафтов, имеющих особое природоохранное значение.
Нормативы допустимого воздействия па окружающую среду (Ст. 22).
1. В целях предотвращения негативного воздействия на окружающую среду
хозяйственной и иной деятельности для юридических и физических лиц ■— при-
родопользователей устанавливаются следующие нормативы допустимого воз-
действия на окружающую среду;
• нормативы допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов;
• нормативы образования отходов производства и потребления и лимиты на
их размещение;
18

• нормативы допустимых физических воздействий (количество тепла,
уровни шума, вибрации, ионизирующего излучения, напряженности
электромагнитных полей и иных физических воздействий);
• нормативы допустимого изъятия компонентов природной среды;
• нормативы допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду;
• нормативы иного допустимого воздействия на окружающую среду при
осуществлении хозяйственной и иной деятельности, устанавливаемые
законодательством Российской Федераций и законодательством субъектов
Российской Федерации в целях охраны окружающей среды.
2. Нормативы допустимого воздействия на окружающую среду должны
обеспечивать соблюдение нормативов качества окружающей среды с учетом
природных особенностей территорий и акваторий.
3. За превышение установленных нормативов допустимого воздействия на
окружающую среду субъекты хозяйственной и иной деятельности в
зависимости от причиненного окружающей среде вреда несут ответственность в
соответствии с законодательством.
Нормативы допустимых выбросов и сбросов веществ и
микроорганизмов (Ст. 23).
1. Нормативы допустимых; выбросов и сбросов веществ и
микроорганизмов устанавливаются для стационарных, передвижных и иных источников
воздействия на окружающую среду субъектами хозяйственной и иной
деятельности исходя из нормативов допустимой антропогенной нагрузки на
окружающую среду, нормативов качества окружающей среды, а также
технологических нормативов.
2. Технологические нормативы устанавливаются для стационарных,
передвижных и иных источников на основе использования наилучших
существующих технологий с учетом экономических и социальных факторов.
3. При невозможности соблюдения нормативов допустимых выбросов и
сбросов веществ и микроорганизмов мгаут устанавливаться лимиты на выбросы и
сбросы на основе разрешений, действующих только в период проведения
мероприятий по охране окружающей среды, внедрения наилучших существующих
технологий и (или) реализации других природоохранных проектов с учетом
поэтапного достижения установленных нормативов допустимых выбросов и
сбросов веществ и микроорганизмов.
Установление лимитов на выбросы и сбросы допускается только при
наличии планов снижения выбросов и сбросов, согласованных с органами
исполнительной власти, осуществляющими государственное управление в области
охраны окружающей среды.
4. Выбросы и сбросы химических веществ, в том числе радиоактивных, иных
веществ и микроорганизмов в окружающую среду в пределах установленных
19

нормативов допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов,
лимитов на выбросы и сбросы допускаются на основании разрешений,
выданных органами исполнительной власти, осуществляющими государственное
управление в области охраны окружающей среды.
Нормативы образования отходов производства и потребления и
лимиты на их размещение (Ст. 24).
Нормативы образования отходов производства и потребления и лимиты на
их размещение устанавливаются в целях предотвращения их негативного
воздействия на окружающую среду в соответствии с законодательством.
Нормативы допустимых физических воздействий на окружающую
среду (Ст. 25). Нормативы допустимых физических воздействий на
окружающую среду устанавливаются для каждого источника такого воздействия
исходя из нормативов допустимой антропогенной нагрузки на окружающую
среду, нормативов качества окружающей среды й с учетом влияния других
источников физических воздействий.
Нормативы допустимого изъятия компонентов природной среды
(Ст. 26).
1. Нормативы допустимого изъятия компонентов природной среды —
нормативы, установленные в соответствии с ограничениями объема их
изъятия в целях сохранения природных и природно-антропогенных объектов,
обеспечения устойчивого функционирования естественных экологических
систем и предотвращения их деградация.
2. Нормативы допустимого изъятия компонентов природной среды и
порядок их установления определяются законодательством о недрах, земельным,
водным, лесным законодательством, законодательством о животном мире и
иным законодательством в области охраны окружающей среды,
природопользования и в соответствии с требованиями в области охраны окружающей
среды, охраны и воспроизводства отдельных видов природных ресурсов,
установленными настоящим Федеральным законом, другими федеральными
законами и иными нормативными правовыми актами Российской Федерации в
области охраны окружающей среды.
Нормативы допустимой антропогенной нагрузки на окружающую
среду (Ст. 27).
1. Нормативы допустимой антропогенной нагрузкйТна окружающую среду
устанавливаются для субъектов хозяйственной и иной деятельности в целях
оценки и регулирования воздействия всех стационарных, передвижных и иных
источников воздействия на окружающую среду, расположенных в пределах
конкретных территорий и (или) акваторий.
2. Нормативы допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду
устанавливаются по каждому виду воздействия хозяйственной и иной дея-
20

тельности на окружающую среду и совокупному воздействию всех
источников, находящихся на этих территориях и (или) акваториях.
3. При установлении нормативов допустимой антропогенной нагрузки на
окружающую среду учитываются природные особенности конкретных территорий и
(или) акваторий.
Требования в области охраны окружающей среды
хозяйственной и иной деятельности
Общие требования в области охраны окружающей среды при
размещении, проектировании, строительстве, реконструкции, вводе в
эксплуатацию, эксплуатации, консервации и ликвидации зданий, строений,
сооружений и иных объектов (Ст. 34).
1. Размещение, проектирование, строительство, реконструкция, ввод в
эксплуатацию, эксплуатация, консервация и ликвидация зданий, строений,
сооружений и иных объектов, оказывающих прямое или косвенное негативное
воздействие на окружающую среду, осуществляются в соответствии с
требованиями в области охраны окружающей среды. При этом должны
предусматриваться мероприятия по охране окружающей среды, восстановлению
природной среды, рациональному использованию и воспроизводству природных
ресурсов, обеспечению экологической безопасности.
2. Нарушение требований в области охраны окружающей среды влечет за
собой приостановление размещения, проектирования, строительства,
реконструкции, ввода в эксплуатацию, эксплуатации, консервации и ликвидации
зданий, строений, сооружений и иных объектов по предписаниям органов
исполнительной власти, осуществляющих государственное управление в области
охраны окружающей среды.
3. Прекращение в полном объеме размещения, проектирования, строительства,
реконструкции, ввода в эксплуатацию, эксплуатации, консервации и ликвидации
зданий, строений, сооружений и иных объектов при нарушении требований в
области охраны окружающей среды осуществляется на основании решения суда и
(или) арбитражного суда.
Требования в области охраны окружающей среды при размещении
зданий, строений, сооружений и иных объектов (Ст. 35).
1. При размещении зданий, строений, сооружений и иных объектов должно
быть обеспечено выполнение требований в области охраны окружающей
среды, восстановления природной среды, рационального использования и
воспроизводства природных ресурсов, обеспечения экологической безопасности с
учетом ближайших и отдаленных экологических, экономических,
демографических и иных последствий эксплуатации указанных объектов и соблюдением
приоритета сохранения благоприятной окружающей среды, биологического
21

разнообразия, рационального использования и воспроизводства природных
ресурсов.
2. Выбор мест размещения зданий, строений, сооружений и иных объектов
осуществляется с соблюдением требований законодательства при наличии
положительного заключения государственной экологической экспертизы.
3. В случаях, если размещение зданий, строений, сооружений н иных
объектов затрагивает законные интересы граждан, решение принимается с учетом
результатов референдумов, проводимых на соответствующих территориях.
Требования в области охраны окружающей среды при
проектировании зданий, строений, сооружений и иных объектов (Ст. 36).
1. При проектировании зданий, строений, сооружений и иных объектов
должны учитываться нормативы допустимой антропогенной нагрузки на
окружающую среду, предусматриваться мероприятия по предупреждению и
устранению загрязнения окружающей среды, а также способы размещения отходов
производства и потребления, применяться ресурсосберегающие,
малоотходные, безотходные и иные наилучшие существующие технологии,
способствующие охране окружающей среды, восстановлению природной среды,
рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов.
2. Запрещается изменение стоимости проектных работ и утвержденных
проектов за счет исключения из таких работ и проектов планируемых
мероприятий по охране окружающей среды при проектировании строительства,
реконструкции, технического перевооружения, консерт*аши и ликвидации зданий,
строений, сооружений и иных объектов.
3. Проекты, по которым не имеются положительные заключения
государственной экологической экспертизы, утверждению не подлежат, и работы по
их реализации финансировать запрещается.
Требования в области охраны окруэ/союгцей среды при строительстве
зданий, строении, сооруоюений и иных объектов (Ст. 37).
1. Строительство и реконструкция зданий, строений, сооружений н иных
объектов должны осуществляться по утвержденным проектам, имеющим
положительные заключения государственной экологической экспертизы, с
соблюдением требований в области охраны окружающей среды, а также санитарных и
строительных требований, норм и правил.
2. Запрещаются строительство и реконструкция зданий, строений,
сооружений и иных объектов до утверждения проектов и до отвода земельных
участков в натуре, а также изменение утвержденных проектов в ущерб требован^
ям я области охраны окружающей среды.
3. При осуществлении строительства и реконструкции зданий, строении, со-,
оружений и иных объектов принимаются меры по охране окружающей сред^
восстановлению природной среды, рекультивации земель, благоустройству
территорий в соответствии с законодательством Российской Федерации.
22

Требования в области охраны окружающей среды при вводе в
эксплуатацию зданий, строений, сооружений и иных объектов (Ст. 38).
1. Ввод в эксплуатацию зданий, строений, сооружений и иных объектов
осуществляется при условии выполнения в полном объеме требований в области
охраны окружающей среды, предусмотренных проектами, и в соответствии с
актами комиссий по приемке в эксплуатацию зданий, строений, сооружений и
иных объектов, в состав которых включаются представители федеральных
органов исполнительной власти, осуществляющих государственное
управление в области охраны окружающей среды.
2. Запрещается ввод в эксплуатацию зданий, строений, сооружений и иных
объектов, не оснащенных техническими средствами и технологиями
обезвреживания и безопасного размещения отходов производства и потребления,
обезвреживания выбросов и сбросов загрязняющих веществ, обеспечивающими
выполнение установленных требований в области охраны окружающей
среды. Запрещается также ввод в эксплуатацию объектов, не оснащенных
средствами контроля за загрязнением окружающей среды, без завершения
предусмотренных проектами работ по охране окружающей среды,
восстановлению природной среды, рекультивации земель, благоустройству территорий в
соответствии с законодательством Российской Федерации.
3. Руководители и члены комиссий по приемке в эксплуатацию зданий,
строений, сооружений и иных объектов несут в соответствии с законодательством
Российской Федерации административную и иную ответственность за
приемку в эксплуатацию зданий, строений, сооружений и иных не соответствующих
требованиям законодательства в области охраны окружающей среды
объектов.
Требования в области охраны окружающей среды при эксплуатации а
выводе из эксплуатации зданий, строений, сооружений и иных объектов
(Ст. 39).
1. Юридические и физические лица, осуществляющие эксплуатацию зданий,
строений, сооружений и иных объектов, обязаны соблюдать утвержденные
технологии и требования в области охраны окружающей среды,
восстановления природной среды, рационального использования и воспроизводства
природных ресурсов.
2. Юридические и физические лица, осуществляющие эксплуатацию зданий,
строений, сооружений и иных объектов, обеспечивают соблюдение
нормативов качества окружающей среды на основе применения технических средств
и технологий обезвреживания и безопасного размещения отходов
производства и потребления, обезвреживания выбросов и сбросов загрязняющих
веществ, а также иных наилучших существующих технологий, обеспечивающих
выполнение требований в области охраны окружающей среды, проводят ме-
23

роприятия по восстановлению природной среды, рекультивации земель,
благоустройству территорий в соответствии с законодательством.
3. Вывод из эксплуатации зданий, строений, сооружений и иных объектов
осуществляется в соответствии с законодательством в области охраны
окружающей среды и при наличии утвержденной в установленном порядке
проектной документации.
4. При выводе из эксплуатации зданий, строений, сооружений и иных
объектов должны быть разработаны и реализованы мероприятия по
восстановлению природной среды, в том числе воспроизводству компонентов природной
среды, в целях обеспечения благоприятной окружающей среды.
5. Перепрофилирование функций зданий, строений, сооружений и иных
объектов осуществляется по согласованию с органами исполнительной власти,
осуществляющими государственное управление в области охраны окружающей
среды.
Требования в области охраны окружающей среды при разлтщетш,
проектировании, строительстве, реконструкции, вводе в эксплуатацию и
эксплуатации объектов энергетики (Ст. 40).
1. Размещение, проектирование, строительство и эксплуатация объектов
энергетики осуществляются в соответствии с требованиями статей 34-39
настоящего Федерального закона.
2. При проектировании и строительстве тепловых электростанций должны
предусматриваться их оснащение высокоэффективными средствами очистки
выбросов и сбросов загрязняющих веществ, использование экологически
безопасных видов топлива и безопасное размещение отходов производства.
3. При размещении, проектировании, строительстве, реконструкции, вводе в
эксплуатацию и эксплуатации гидроэлектростанций должны учитываться
реальные потребности в электрической энергии соответствующих регионов, а
также особенности рельефов местностей.
При размещении указанных объектов должны предусматриваться меры по
сохранению водных объектов, водосборных площадей, водных биологических
ресурсов, земель, почв, лесов и иной растительности, биологического
разнообразия, обеспечиваться устойчивое функционирование естественных
экологических систем, сохранение природных ландшафтов, особо охраняемых
природных территорий и памятников природы, а также приниматься меры по
своевременной утилизации древесины и плодородного слоя почв при расчистке и
затоплении ложа водохранилищ и иные необходимые меры по недопущению
негативных изменений природной среды, сохранению водного режима,
обеспечивающего наиболее благоприятные условия для воспроизводства водных
биологических ресурсов.
4. При размещении, проектировании, строительстве, вводе в эксплуатацию и
эксплуатации ядерных установок, в том числе атомных станций, должны обес-
24

печиваться охрана окружающей среды от радиационного воздействия таких
установок, соблюдаться установленный порядок и нормативы осуществления
технологического процесса, требования федеральных органов исполнительной
власти, уполномоченных осуществлять государственный надзор и контроль в
области обеспечения радиационной безопасности, а также должны
осуществляться государственное регулирование безопасности при использовании
атомной энергии, приниматься меры по обеспечению полной радиационной
безопасности окружающей среды и населения в соответствии с законодательством
Российской Федерации и общепринятыми принципами и нормами
международного права, обеспечиваться подготовка и поддержание квалификации
работников ядерных установок.
5. Размещение ядерных установок, в том числе атомных станций,
осуществляется при наличии по проектам и иным обосновывающим материалам
положительных заключений государственной экологической экспертизы и иных
госунарственных экспертиз, предусмотренных законодательством
Российской Федерации и подтверждающих экологическую и радиационную
безопасность ядерных установок.
6. Проекты размещения ядерных установок, в том числе атомных станций,
должны содержать решения, обеспечивающие безопасный вывод их из
эксплуатации.
Требования в области охраны окружающей среды при размещении,
проектировании, строительстве, реконструкции, вводе в эксплуатацию,
эксплуатации и выводе из эксплуатации военных и оборонных объектов,
вооружения и военной техники (Ст. 41).
1. Требования в области охраны окружающей среды, предъявляемые при
размещении, проектировании, строительстве, реконструкции, вводе в
эксплуатацию, эксплуатации и выводе из эксплуатации зданий, строений, сооружений
и иных объектов, в полной мере распространяются на военные и оборонные
объекты, вооружение и военную технику, за исключением чрезвычайных
ситуаций, препятствующих соблюдению требований в области охраны
окружающей среды.
2. Перечень чрезвычайных ситуаций, препятствующих соблюдению
требований в области охраны окружающей среды при размещении, проектировании,
строительстве, реконструкции, вводе в эксплуатацию, эксплуатации и выводе
из эксплуатации военных и оборонных объектов, вооружения и военной
техники, определяется законодательством Российской Федерации.
Требования в области охраны окружающей среды при обращении с
отходами производства и потребления (Ст. 51).
1. Отходы производства и потребления, в том числе радиоактивные отходы,
подлежат сбору, использованию, обезвреживанию, транспортировке, хранению
и захоронению, условия и способы которых должны быть безопасными для
25

окружающей среды и регулироваться законодательством Российской
Федерации.
2. Запрещаются:
-сброс отходов производства и потребления, в том числе радиоактивных
отходов, в поверхностные и подземные водные объекты, на водосборные
площади, в недра и на почву;
-размещение опасных отходов и радиоактивных отходов на территориях.,
прилегающих к городским и сельским, поседениям, в лесопарковых,
курортных, лечебно-оздоровительных, рекреационных зонах, на путях миграции
животных, вблизи нерестилищ и в иных местах, в которых может быть создана
опасность для окружающей среды, естественных экологических систем и
здоровья человека;
- захоронение опасных отходов и радиоактивных отходов на водосборных
площадях подземных водных объектов, используемых б качестве источников
водоснабжения, в бальнеологических целях, для извлечения ценных
минеральных ресурсов;
- ввоз опасных отходов и радиоактивных отходов в Российскую Федерацию
в целях их захоронения и обезвреживания.
3. Отношения в области обращения с отходами производства и
потребления, а также опасными отходами и радиоактивными отходами регулируются
соответствующим законодательством Российской Федерации.
Требования в области охраны окружающей среды при установлении
защитных и охранных зон (Ст. 52).
1. В целях обеспечения устойчивого функционирования естественных
экологических систем, защиты природных комплексов, природных ландшафтов и
особо охраняемых природных территории от загрязнения н другого
негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности устанавливаются
защитные и охранные зоны.
2. В целях охраны условий жизнедеятельности человека, среды обитания
растений, животных и других организмов вокруг промышленных зон и
объектов хозяйственной и иной деятельности, оказывающих негативное воздействие
на окружающую среду, создаются защитные и охранные зоны, в том числе
санитарно-защитные зоны, в кварталах, микрорайонах городских и сельских
поселений — территории, зеленые зоны, включающие в себя лесопарковые
зоны и иные зоны с ограниченным режимом природопользования.
3. Порядок установления и создания защитных и охранных зон регулируется
законодательством.
Охрана окружающей среды от негативного физического воздействия
(Ст. 55).
1* Органы государственной власти Российской Федерации, органы государ-
ственной власти субъектов Российской Федерации, органы местного самоуп-
26

равления, юридические и физические лица при осуществлении хозяйственной и
иной деятельности обязаны принимать необходимые меры по предупреждению
и устранению негативного воздействия шума, вибрации, электрических,
электромагнитных, магнитных полей и иного негативного физического воздействия
на окружающую среду в городских и сельских поселениях, зонах отдыха,
местах обитания диких зверей и птиц, в том числе их размножения, на
естественные экологические системы и природные ландшафты.
2. При планировании и застройке городских и сельских поселений,
проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации производственных
объектов, создании и освоении новой техники, производстве и эксплуатации
транспортных средств должны разрабатываться меры, обеспечивающие
соблюдение нормативов допустимых физических воздействий.
3. Запрещается превышение нормативов допустимых физических
воздействий.
Контроль в области охраны окружающей среды (экологический
контроль)
Задачи контроля в области охраны окружающей среды
(экологического контроля) (Ст. 64)
1. Контроль в области охраны окружающей среды (экологический контроль)
проводится в целях обеспечения органами государственной власти
Российской Федерации, органами государственной власти субъектов Российской
Федерации, органами местного самоуправления, юридическими и физическими
лицами исполнения законодательства в области охраны окружающей среды,
соблюдения требований, в том числе нормативов и нормативных документов,
в области охраны окружающей среды, а также обеспечения экологической
безопасности.
2. В Российской Федерации осуществляется государственный,
производственный, муниципальный и общественный контроль в области охраны
окружающей среды.
Государственный контроль в области охраны окружающей среды
(государственный экологический контроль) (Ст. 65).
1. Государственный контроль в области охраны окружающей среды
(государственный экологический контроль) осуществляется федеральными
органами исполнительной власти и органами исполнительной власти субъектов
Российской Федерации.
Государственный контроль в области охраны окружающей среды
(государственный экологический контроль) осуществляется в порядке, установленном
Правительством Российской Федерации.
2. Перечень объектов, подлежащих федеральному государственному
экологическому контролю в соответствии с настоящим Федеральным законом, дру-
27

гими федеральными законами, определяется Правительством Российской
Федерации.
3. Перечень должностных лиц федерального органа исполнительной власти,
осуществляющих федеральный государственный экологический контроль
(федеральные государственные инспектора в области охраны окружающей
среды), устанавливается Правительством Российской Федерации.
4. Перечень должностных лиц органов государственной власти субъектов
Российской Федерации, осуществляющих государственный экологический
контроль (государственные инспектора в области охраны окружающей среды
субъехсгов Российской Федерации), устанавливается в соответствии с
законодательством субъектов Российской Федерации.
5. Запрещается совмещение функций государственного контроля в области
охраны окружающей среды (государственного экологического контроля) и
функций хозяйственного использования природных ресурсов.
Права, обязанности и ответственность государственных
инспекторов е области охраны окруэ/сающей среды (Ст. 66).
1. Государственные инспектора в области охраны окружающей среды при
исполнений своих должностных обязанностей в пределах своих полномочий
имеют право в установленном порядке:
• посещать в целях проверки организации, объекты хозяйственной и иной
деятельности независимо от форм собственности, в том числе объекты,
подлежащие государственной охране, оборонные объекты, объекты гражданской
обороны, знакомиться с документами и иными необходимыми для
осуществления государственного экологического контроля материалами;
■ проверять соблюдение нормативов, государственных стандартов и иных
нормативных документов в области охраны окружающей среды, работу
очистных сооружений и других обезвреживающих устройств, средств контроля, а
также выполнение планов и мероприятий по охране окружающей среды;
' проверять соблюдение требований, норм и правил в области охраны
окружающей среды при размещении, строительстве, вводе в эксплуатацию,
эксплуатации и выводе из эксплуатации производственных и других объектов;
• проверять выполнение требований, указанных в заключении
государственной экологической экспертизы, и вносить предложения о ее проведении;
• предъявлять требования и выдавать предписания юридическим и
физическим лицам об устранении нарушения законодательства в области охраны
окружающей среды и нарушений природоохранных требований, выявленных
при осуществлении государственного экологического контроля;
• приостанавливать хозяйственную и иную деятельность юридических и
физических лиц при нарушении ими законодательства в области охраны
окружающей среды;
28

• привлекать к административной ответственности лиц, допустивших
нарушение законодательства в области охраны окружающей среды;
• осуществлять иные определенные законодательством полномочия.
2. Государственные инспектора в области охраны окружающей среды
обязаны:
• предупреждать, выявлять и пресекать нарушение законодательства в
области охраны окружающей среды;
• разъяснять нарушителям законодательства в области охраны
окружающей среды их права и обязанности;
• соблюдать требования законодательства.
3. Решения государственных инспекторов в области охраны окружающей
среды могут быть обжалованы в соответствии с законодательством
Российской Федерации.
4. Государственные инспектора в области охраны окружающей среды
подлежат государственной защите в соответствии с законодательством
Российской Федерации.
Производственный контроль в области охраны окружающей среды
(производственный экологический контроль) (Ст. 67).
1. Производственный контроль в области охраны окружающей среды
(производственный экологический контроль) осуществляется в целях
обеспечения выполнения в процессе хозяйственной и иной деятельности мероприятий
по охране окружающей среды, рациональному использованию и
восстановлению природных ресурсов, а также в целях соблюдения требований в области
охраны окружающей среды, установленных законодательством в области
охраны окружающей среды.
2. Субъекты хозяйственной и иной деятельности обязаны предоставить
сведения об организации производственного экологического контроля в органы
исполнительной власти и органы местного самоуправления, осуществляющие
соответственно государственный и муниципальный контроль в порядке,
установленном законодательством.
Муниципальный контроль в области охраны окружающей среды
(муниципальный экологический контроль) и общественный контроль в
области охраны окруоюающей среды (общественный экологический контроль)
(Ст. 68).
1. Муниципальный контроль в области охраны окружающей среды
(муниципальный экологический контроль) на территории муниципального образования
осуществляется органами местного самоуправления или уполномоченными
ими органами.
2. Муниципальный контроль в области охраны окружающей среды
(муниципальный экологический контроль) на территории муниципального образования
осуществляется в соответствии с законодательством Российской Федерации
29

и в порядке, установленном нормативными правовыми актами органов
местного самоуправления.
3. Общественный контроль в области охраны окружающей среды
(общественный экологический контроль) осуществляется в целях реализации права
каждого на благоприятную окружающую среду и предотвращения нарушения
законодательства в области охраны окружающей среды.
4. Общественный контроль в области охраны окружающей среды
(общественный экологический контроль) осуществляется общественными и иными
некоммерческими объединениями в соответствии с их уставами, а также
гражданами в соответствии с законодательством.
5. Результаты общественного контроля в области охраны окружающей
среды (общественного экологического контроля), представленные в органы
государственной власти Российской Федерации, органы государственной власти
субъектов Российской Федерации, органы местного самоуправления,
подлежат обязательному рассмотрению в порядке, установленном
законодательством.
Лицензирование отдельных видов деятельности в области охраны
окружающей среды (Ст. 30).
1. Отдельные виды деятельности в области охраны окружающей среды
подлежат лицензированию.
2. Перечень отдельных видов деятельности в области охраны окружающей
среды, подлежащих лицензированию, устанавливается федеральными законами.
Экологическая сертификация (Ст. 31).
1. Экологическая сертификация проводится в целях обеспечения
экологически безопасного осуществления хозяйственной и иной деятельности на
территории Российской Федерации.
2. Экологическая сертификация может быть обязательной или добровольной.
3. Обязательная экологическая сертификация осуществляется в порядке,
определенном Правительством Российской Федерации.
Государственный учет объектов, оказывающих негативное
воздействие на окружающую среду
Государственный учет объектов, оказывающих негативное воздействие
на окружающую среду (Ст. 69).
1. Государственный учет объектов, оказывающих негативное воздействие
на окружающую среду, осуществляется в целях государственного
регулирования природоохранной деятельности, а также текущего и перспективного
планирования мероприятий по снижению негативного воздействия хозяйственной
к иной деятельности на окружающую среду.
30

2. Государственный учет объектов, оказывающих негативное воздействие
на окружающую среду, а также оценка этого воздействия на окружающую
среду осуществляется в порядке, установленном законодательством.
3. Объекты, оказывающие негативное воздействие на окружающую среду,
и данные об их воздействии на окружающую среду подлежат
государственному статистическому учету.
Государственный мониторинг окружающей среды
(государственный экологический мониторинг)
Организация государственного мониторинга окружающей среды
(государственного экологического мониторинга) (Ст. 63).
1. Государственный мониторинг окружающей среды (государственный
экологический мониторинг) осуществляется в соответствии с законодательством
Российской Федерации и законодательством субъектов Российской
Федерации в целях наблюдения за состоянием окружающей среды, в том числе за
состоянием окружающей среды в районах расположения источников
антропогенного воздействия и воздействием этих источников на окружающую среду,
а также в целях обеспечения потребностей государства, юридических и
физических лиц в достоверной информации, необходимой для предотвращения и
(или) уменьшения неблагоприятных последствий изменения состояния
окружающей среды.
2. Порядок организации и осуществления государственного мониторинга
окружающей среды (государственного экологического мониторинга)
устанавливается Правительством Российской Федерации.
3. Информация о состоянии окружающей среды, ее изменении, полученная
при осуществлении государственного мониторинга окружающей среды
(государственного экологического мониторинга), используется органами
государственной власти Российской Федерации, органами государственной власти
субъектов Российской Федерации, органами местного самоуправления для
разработки прогнозов социально-экономического развития и принятия
соответствующих решений, разработки федеральных программ в области
экологического развития Российской Федерации, целевых программ в области
охраны окружающей среды субъектов Российской Федерации и мероприятий по
охране окружающей среды.
Порядок предоставления информации о состоянии окружающей среды
регулируется законодательством.
Оценка воздействия на окружающую среду и экологическая экспериза
Проведение оценки воздействия на окружающую среду (Ст. 32).
1. Оценка воздействия на окружающую среду проводится в отношении
планируемой хозяйственной и иной деятельности, которая может оказать прямое
31

или косвенное воздействие на окружающую среду, независимо от
организационно-правовых форм собственности субъектов хозяйственной и иной
деятельности.
2. Оценка воздействия на окружающую среду проводится при разработке
всех альтернативных вариантов предпроектной, в том числе прединвестици-
онной, и проектной документации, обосновывающей планируемую
хозяйственную и иную деятельность, с участием общественных объединений.
3. Требования к материалам оценки воздействия на окружающую среду
устанавливаются федеральными органами исполнительной власти,
осуществляющими государственное управление в области охраны окружающей среды.
Экологическая экспертиза (Ст. 33).
1. Экологическая экспертиза проводится в целях установления соответствия
планируемой хозяйственной и иной деятельности требованиям в области
охраны окружающей среды.
2. Порядок проведения экологической экспертизы устанавливается
федеральным законом об экологической экспертизе.
Экономическое регулирование в области охраны окружающей среды
Методы экономического регулирования в области охраны окружающей
среды (Ст. 14).
К методам экономического регулирования в области охраны окружающей
среды относятся:
-разработка государственных прогнозов социально-экономического
развития на основе экологических прогнозов;
- разработка федеральных программ в области экологического развития
Российской Федерации и целевых программ в области охраны окружающей
среды субъектов Российской Федерации;
- разработка и проведение мероприятий по охране окружающей среды в
целях предотвращения причинения вреда окружающей среде;
-установление платы за негативное воздействие на окружающую среду;
- установление лимитов на выбросы и сбросы загрязняющих веществ и
микроорганизмов, лимитов на размещение отходов производства и потребления и
другие виды негативного воздействия на окружающую среду;
- проведение экономической оценки природных объектов и природно-антро-
погенных объектов;
- проведение экономической оценки воздействия хозяйственной и иной
деятельности на окружающую среду;
- предоставление налоговых и иных льгот при внедрении наилучших
существующих технологий, нетрадиционных видов энергии, использовании
вторичных ресурсов и переработке отходов, а также при осуществлении иных эффек-
32

тивиых мер по охране окружающей среды в соответствии с
законодательством Российской Федерации;
- поддержка предпринимательской, инновационной и иной деятельности (в
том числе экологического страхования), направленной на охрану окружающей
среды;
-возмещение в установленном порядке вреда окружающей среде;
- иные методы экономического регулирования по совершенствованию и
эффективному осуществлению охраны окружающей среды.
Плата за негативное воздействие на окружающую среду (Ст. 16).
1. Негативное воздействие на окружающую среду является платным.
Формы платы за негативное воздействие на окружающую среду определяются
федеральными законами.
2. К видам негативного воздействия на окружающую среду относятся:
- выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ и иных веществ;
- сбросы загрязняющих веществ, иных веществ и микроорганизмов в
поверхностные водные объекты, подземные водные объекты и на водосборные
площади;
-загрязнение недр, почв;
-размещение отходов производства и потребления;
- загрязнение окружающей среды шумом, теплом, электромагнитными,
ионизирующими и другими видами физических воздействий;
- иные виды негативного воздействия на окружающую среду.
3. Порядок исчисления и взимания платы за негативное воздействие на
окружающую среду устанавливается законодательством Российской
Федерации.
4. Внесение платы, определенной пунктом 1 настоящей статьи, не
освобождает субъектов хозяйственной и иной деятельности от выполнения
мероприятий по охране окружающей среды и возмещения вреда окружающей среде.
Предпринимательская деятельность, осуществляемая в целях охраны
окружающей среды (Ст. 17).
1. Предпринимательская деятельность, осуществляемая в целях охраны
окружающей среды, поддерживается государством.
2. Государственная поддержка предпринимательской деятельности,
осуществляемой в целях охраны окружающей среды, осуществляется посредством
установления налоговых и иных льгот в соответствии с законодательством.
Экологическое страхование (Ст. 18).
1. Экологическое страхование осуществляется в целях защиты
имущественных интересов юридических и физических лиц на случай экологических рисков.
2. В Российской Федерации может осуществляться обязательное
государственное экологическое страхование.
33

3. Экологическое страхование в Российской Федерации осуществляется в
соответствии с законодательством Российской Федерации.
Обязанность полного возмещения вреда окружающей среде (Ст. 77).
1. Юридические и физические лица, причинившие вред окружающей среде в
результате ее загрязнения, истощения, порчи, уничтожения, нерационального
использования природных ресурсов, деградации и разрушения естественных
экологических систем, природных комплексов и природных ландшафтов и иного
нарушения законодательства в области охраны окружающей среды, обязаны
возместить его в полном объеме в соответствии с законодательством.
2. Вред окружающей среде, причиненный субъектом хозяйственной и иной
деятельности, в том числе на проект которой имеется положительное
заключение государственной экологической экспертизы, включая деятельность по
изъятию компонентов природной среды, подлежит возмещению заказчиком и
(или) субъектом хозяйственной и иной деятельности,
3. Вред окружающей среде, причиненный субъектом хозяйственной и иной
деятельности, возмещается в соответствии с утвержденными в
установленном порядке таксами и методиками исчисления размера вреда окружающей
среде, а при их отсутствии исходя из фактических затрат на восстановление
нарушенного состояния окружающей среды, с учетом понесенных убытков, в
том числе упущенной выгоды.
Порядок компенсации вреда окружающей cpedet причиненного
нарушением законодательства в области охраны окружающей среды (Ст. 78).
1. Компенсация вреда окружающей среде, причиненного нарушением
законодательства в области охраны окружающей среды, осуществляется
добровольно либо по решению суда или арбитражного суда.
Определение размера вреда окружающей среде, причиненного нарушением
законодательства в области охраны окружающей среды, осуществляется
исходя из фактических затрат на восстановление нарушенного состояния
окружающей среды, с учетом понесенных убытков, в том числе упущенной
выгоды, а также в соответствии с проектами рекультивационных и иных
восстановительных работ, при их отсутствии в соответствии с таксами и методиками
исчисления размера вреда окружающей среде, утвержденными органами
исполнительной власти, осуществляющими государственное управление в
области охраны окружающей среды,
2. На основании решения суда или арбитражного суда вред окружающей
среде, причиненный нарушением законодательства в области охраны
окружающей среды, может быть возмещен посредством возложения на ответчика
обязанности по восстановлению нарушенного состояния окружающей среды
за счет его средств в соответствии с проектом восстановительных работ.
34

3. Иски о компенсации вреда окружающей среде, причиненного нарушением
законодательства в области охраны окружающей среды, могут быть
предъявлены в течение двадцати лет.
Возмещение вреда, причиненного здоровью и имуществу граждан в
результате нарушения законодательства в области охраны
окружающей среды (Ст. 79).
1. Вред, причиненный здоровью и имуществу граждан негативным
воздействием окружающей среды в результате хозяйственной и иной деятельности
юридических и физических лиц, подлежит возмещению в полном объеме.
2. Определение объема и размера возмещения вреда, причиненного
здоровью и имуществу граждан в результате нарушения законодательства в
области охраны окружающей среды, осуществляется в соответствии с
законодательством.
Требования об ограничении, о приостановлении или о прекращении
деятельности лиц, осуществляемой с нарушением законодательства в
области охраны акруокающей среды (Ст. 80).
Требования об ограничении, о приостановлении или о прекращении
деятельности юридических и физических лиц, осуществляемой с нарушением
законодательства в области охраны окружающей среды, рассматриваются судом или
арбитражным судом.
Ответственность за нарушение законодательства
в области охраны окружающей среды
Виды ответственности за нарушение законодательства в области
охраны окружающей среды (Ст. 75).
За нарушение законодательства в области охраны окружающей среды
устанавливается имущественная, дисциплинарная, административная и уголовная
огаетственность в соответствии с законодательством.
Разрешение спорое в области охраны окружающей среды (Ст. 76).
Споры в области охраны окружающей среды разрешаются в судебном
порядке в соответствии с законодательством.
1.3. ОБЩИЕ НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
Установлены нормативными документами природоохранного и других
ведомств, государственными стандартами, санитарными, строительными
нормами и правилами.
Перечень действующих документов приведен ниже.
35

- Нормативные документы Минприроды РФ к других ведомств
Общего назначения
Об утверждении классификаций запасов полезных ископаемых (вместе с
"Классификацией запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых
полезных ископаемых", "Классификацией эксплуатационных запасов и
прогнозных ресурсов подземных вод"). Приказ МПР 07.03.97 № 40.
Об утверждении Временного положения о порядке выдачи лицензий на
комплексное природоисполъзование. Приказ МПР 23.12.93 № 273.
Об утверждении Временного порядка оценки и возмещения вреда
окружающей природной среде в результате аварии. "Приказ МПР 27.06.94 № 200.
Пособие по оценке опасности, связанной с возможными авариями при
производстве, хранении, использовании и транспортировке больших количеств
пожароопасных, взврывоопасных и токсичных веществ, 1992.
Руководство по проведению оценки воздействия на окружающую среду
(ОВОС) при выборе площадки, разработке технико-экономических
обоснований и проектов строительства (реконструкции, расширения и технического
перевооружения) хозяйственных объектов и комплексов, 1992.
Базовые нормативы платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ в
окружающую природную среду и размещение отходов. Письмо Минприроды России
от 18.08.93 № 03-15/65-4400 (письмо МНС РФ от 31.10.2001 № ВТ 6-21/833).
Инструкция по экологическому обоснованию хозяйственной или иной
деятельности (утв. приказом МПР 29.12.95 № 539).
Положение о порядке выдачи специальных разрешений (лицензий) на виды
деятельности, связанные с повышенной опасностью промышленных
производств (объектов) и работ, а также обеспечением безопасности при
пользовании недрами (постановление Госгортехнадзора РФ 03.07.93 № 20).
Инструкция по нормированию выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в
атмосферу и водные объекты. И.09.89 № 09-2-7/1573.
Природоохранные нормы и правила г^оектирования. Справочник.—М., 1990.
РДС-П-201-95. Инструкция о порядке проведения экспертизы проектов
строительства (реконструкции) зданий и сооружений.
Временная типовая методика определения экономической эффективности
осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба,
причиняемого загрязнением окружающей среде, 1983.
Временная отраслевая методика определения экономической
эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки ущерба,
причиняемого загрязнением окружающей среде, 1987.
Временная методика определения экономической эффективности
природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого
водным биоресурсам загрязнением рыбохозяйственных водоемов, 1989.
36

Методические указания по оценке и возмещению вреда, причиненного
окружающей природной среде в результате экологических правонарушений, 1999.
Инструктивно-методические указания по взиманию платы за загрязнение
окружающей природной среды (приказ Госкомэкологии РФ 15.02.2000 № 77).
Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей
природной среды (приказ МНР 15.06.2001 № 511).
МУК 4.2734—99. Микробиологический мониторинг производственной среды.
МУ 1.1.668-99. Организация и проведение санитарно-гигиенической
паспортизации капцерогенноопасных производств.
Гидросфера
Временные рекомендации по проектированию сооружений для очистки
поверхностного стока с территории промышленных предприятий и расчета
условий выпуска его в водные объекты. — М., 1983.
Правила приема производственных сточных вод в систему канализации
населенных пунктов, 1989.
Проектирование сооружений для очистки сточных вод. Справочное пособие
кСНиП.1990.
Методика расчета предельно-допустимых сбросов (ПДС) веществ в
водные объекты со сточными водами (письмо МПР 15.04.93 № 07-37/65-1177).
ИВН 33.5.1.02-83. Инструкция о порядке согласования и выдачи
разрешений на специальное водопользование.
Методические рекомендации по выявлению и оценке загрязнения подземных
вод, 1988.
Сборник откорректированных перспективных укрупненных норм водопотреб-
ления и водоотведения на единицу продукции или сырья в отраслях
промышленности, 1988.
Правила охраны поверхностных вод. Типовые положения, 1991.
Правила предоставления услуг по водоснабжению и канализаций в РФ, 1993
(per. 10.06.93 № 277).
Положение о взаимодействии аварийно-спасательных служб министерств,
ведомств и организаций на море и водных бассейнах России (утв. М4С РФ 21
июня 1995 г., Министерством обороны РФ 18 апреля 1995 г., Минтрансом РФ
29 марта 1995 г., Минтопэнерго РФ 15 марта 1995 г., МВД РФ 31 марта 1995 г.,
Минприроды РФ 25 января 1995 г., Росгидрометом 24 января 1995г., Минзд-
равмедпромом РФ 13 февраля 1995 г., ФПС - Главкоматом 27 февраля 1995 г.,
Роскомрыболовством 27 февраля 1995 г., РАН 15 февраля 1995 г.)
Приказ Минприроды РФ от 27 декабря 1995г. № 533 «О проведении
эксперимента по внедрению методов биотестирования при оценке качества
возвратных вод и взиманию платы с учетом их токсичности»
37

Инструкция по охране окружающей среды при строительстве скважин на
суше на месторождениях углеводородов поликомпонентного состава, в том
числе сероводородсодержащихРД 51-1-96 (утв. Минтопэнерго РФ и
Минприроды РФ 25 января, 10 августа 1996г.).
Приказ МНР РФ от 10 августа 1998г. № 191 «О реализации постановления
Правительства Российской Федерации от 23.05.98 № 490 «О порядке
формирования и ведения Российского регистра гидротехнических сооружений».
Приказ ФПС РФ, МВД РФ, МИД РФ, МНС РФ, МПР РФ, Минфина РФ,
Минэкономразвития РФ, Госкомрыболовства РФ, ГТК РФ, ФСБ РФ,
Федеральной службы налоговой полиции РФ и ЦБР от 14 ноября 2000г.№ 319/827i
30613/гсЛ£Г-3-11/325/172/97н/1/223/785/465/278/0Д-212.
«Об утверждении Положения о взаимодействии и координации
деятельности федеральных органов исполнительной власти и контроля в сфере охраны
водных биологических ресурсов и контроля за внешнеторговыми операциями
с продукцией рыбного промысла».
Положение о государственной водной службе Министерства природных
ресурсов Российской Федерации (утв. приказом МПР РФ от 10 июня 2002г.
№351).
Методическое пособие об особенностях осуществления государственного
контроля за использованием и охраной водных объектов в целях: питьевого и
хозяйственно-бытового водоснабжения; добычи полезных ископаемых,
промышленности, энергетики, гидроэнергетики, транспорта, лесосплава, рыбного
и охотничьего хозяйства, а также сброса сточных и дренажных вод (утв.
МПР РФ),
Почвы, земли, недра
Полевое обследование и картографирование уровня загрязнения почвенного
покрова техногенными выбросами через атмосферу, 1980.
Методические рекомендации по гигиеническому обоснованию ЦЦК
химических веществ в почве, 1982.
Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения городов
химическими элементами, 1982.
Методика определения размеров ущерба от деградации почв и земель
(письмо Роскомзема 29.07.94 №> 3-14-2/1139).
Порядок оформления размеров ущерба от загрязнения земель химическими
веществами (письмо МПР Ks 04-25, Роскомзема № 61-5678 от 27.12.93).
Положение о порядке предоставления недр в пользование для
геологического изучения, 1990.
Инструкция о порядке ликвидации и консервации предприятий по добыче
полезных ископаемых (ь частности в части обеспечения безопасности,
рационального использования недр и охраны недр, Госгогяехнадзор ТФ, 1985.
38

Инструкция о порядке предоставления горных отводов для разработки
месторождений полезных ископаемых (кроме общераспространенных), Госгортех-
надзорРФ, 1986.
Временные требования к геологическому изучению и прогнозированию
воздействия на окружающую среду разведки и разработки месторождений
полезных ископаемых, Госгортехнадзор РФ, 1986.
Методика определения экономической эффективности рекультивации
нарушенных земель, 1986.
РД 4266-87. Методические указания по оценке степени опасности
загрязнения почвы химическими веществами.
Инструкция о порядке оформления лицензий на пользование недрами
(приказ Роскомнедр 18.09.95 № 65).
Сборник руководящих материалов по охране недр при разработке
месторождений полезных ископаемых. — М.: Недра, 1987.
Отходы
Рекомендации по условиям приема слаботоксичных промышленных
отходов на полигоны (усовершенствованные свалки), 1977.
Рекомендация по определению норм накопления твердых бытовых отходов
для городов, 1982.
Инструкция по проектированию и эксплуатации полигонов для твердых
бытовых отходов, 1983.
Методические рекомендации по контролю за использованием отходов
коксохимических производств в строительстве и эксплуатации автомобильных
дорог, 1984.
Предельное количество токсичных соединений в промышленных отходах,
обуславливающее отнесение этих отходов к категории по токсичности, 1984.
Рекомендации по безотходному производству: использование шлака и золы
котельной, 1985.
Предельное количество накопления токсичных промышленных отходов на
территории предприятия (организации), 1985
Предельное количество токсичных промышленных отходов, допускаемое для
складирования в накопителях (на полигонах) твердых бытовых отходов
(нормативный документ), 1985.
Предельное содержание токсичных соединений в промышленных отходах в
накопителях, расположенных вне территории предприятия (организации), 1985.
Методические рекомендации по контролю за реализацией мероприятий,
направленных на санитарную охрану окружающей среды от загрязнения
отходами промышленных предприятий, 1985.
Методические рекомендации об усилении контроля за соблюдением правил
обезвреживания и захоронения токсичных отходов, 1986.
39

Рекомендации по проектированию и эксплуатации заводов по переработке
твердых бытовых отходов в компост, 1986.
Рекомендации по проектированию и эксплуатации заводов по сжиганию ТБО,
1987.
Временный классификатор токсичных промышленных отходов и
методические рекомендации по определению класса токсичности промышленных
отходов, 1987.
Временные правила охраны окружающей среды от отходов производства и
потребления в Российской Федерации, 1994.
Федеральный классификационный каталог отходов (приказ МПР 27.11.97
№527).
Сборник удельных показателей образования отходов производства и
потребления, 1999.
Методические рекомендации по оформлению проекта нормативов
образования и лимитов размещения отходов. — М., 1999.
Правила разработки и утверждения нормативов образования отходов и
лимитов на их размещение (Постановление Правительства РФ 16.06.2000№461).
Правила обращения с ломом и отходами черных металлов и их отчуждения.
(Постановление Правительства РФ 11.05.2001 № 369).
Строительные нормы и правила
СН 462-74. Нормы отвода земель для сооружений геолого-разведочных
скважин.
СНиП 111-10-75. Благоустройство территории, 2000.
СНиП Н-35-76. (с изм. 1978,1.1998) котельные установки.
СН 496-77. Временная инструкция по проектированию сооружений по
очистке поверхностных сточных вод.
СНиП U-12-77. Защита от шума.
СН 519-79. Инструкция по проектированию и строительству
противооползневых и противообвальных защитных сооружений.
СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения (с изм.
1.1986, попр. 2000).
СНиП 3.02.03-84. Подземные горные выработки.
СНиП 2.05.06-85. Магистральные трубопроводы B000).
СНиП 2.06.15-85. Инженерная защита территорий от затопления и
подтопления B000).
СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения.
СНиП3.05.0Ф-85. Наружные сети и сооружения водоснабжения и
канализации (с изм. 1986).
CHiul 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные
положения.
40

СНиП 42.01-2002. (с попр. 2003). Газораспределительные системы.
СНиП 3.01.04-87. Приемка в эксплуатацию законченных строительных
объектов. Основные положения.
Пособие по проектированию полигонов по обезвреживанию и захоронению
токсичных промышленных отходов (к СНиП 2.01.28-85), 1990.
СНиП 10-01-94. Система нормативных документов в строительстве.
Основные положения.
СНиП 11-01-95. Инструкция о порядке разработки, согласования,
утверждения и состава проектной документации на строительство предприятий, зданий,
сооружений.
Санитарные правила и нормы
Санитарные правила по сбору, хранению, транспортировке и первичной
обработке вторсырья, от 22.01.82.
СН 2.1.7.1038-01. Гигиенические требования к устройству и содержанию
полигонов для твердых бытовых отходов.
Санитарные правила. Порядок накопления, транспортировки,
обезвреживания и захоронения токсичных промышленных отходов, от 29.12.84.
Санитарные правила проектирования, строительства и эксплуатации
полигонов захоронения неутилизируемых промышленных отходов, (не действует на
территории РФ).
СанПиН 6229-91. Перечень предельно-допустимых концентраций (ПДК) и
ориентировочно-допустимых количеств (ОДК) химических веществ в почве.
— М.: Минздрав СССР, 1991.
Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.4.1110-02. «Зоны санитарной
охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого назначения»
(взамен СанПиН 2.1.4.027-95).
ГН 1.1725-98. Перечень веществ, продуктов, производственных процессов,
бытовых и природных факторов, канцерогенных для человека, (взамен ГН
1.1.029-95).
Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.4.1175-02. Гигиенические
требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная
охрана источников.
СанПиН 2.2.3.570-96. Гигиенические требования к предприятиям угольной
промышленности. Санитарные правила и нормы.
СанПиН 2.1.6.1032-01. Гигиенические требования к обеспечению качества
атмосферного воздуха населенных мест, (взамен СанПиН 2.1.6.983-00).
ГН 2.1.5.689-98. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических
веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового
водопользования.
41

ГН2.1.6.695-98.Предельно-допустимыеконцентрацш1(ПДК) загрязняющих
веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
ГО 2.1.6.696-98. Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ)
загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
Правила пользования систем коммунального водоснабжения и канализации
в Российской Федерации (утв. постановлением Правительства РФ от 12.02.99
№ 167).
СанПиН 2.6.1.799-99. Основные санитарные правила обесценения
радиационной безопасности.
Гигиенические нормативы ГН 2.1.5.690-98, «2.1.5. Водоотведение
населенных мест, санитарная охрана водоемов. Ориентировочные допустимые
уровни (ОДУ) химических веществ в воде водных объектов
хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» (утв. постановлением Главного
Государственного санитарного врача РФ от 04.03.98 № 9) (с изм. и доп. от
22.032000).
СанПиН 2.1.5.980-00, Гигиенические требования к охране поверхностных
вод (взамен СН 4630-88).
СанПиН 2.1.6.575-96. Гигиенические требования к охране атмосферного
воздуха населенных мест.
СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная
классификация предприятий, сооружений и иных объектов (введен с 15.06.2000).
ГН 2.1.5.690-98. Ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) химических
веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытовош
водопользования.
СП 2.1.5.1059-01. Гигиенические требования по охране подземш>гх вод от
загрязнения.
Санитарные правила СП 2.1.4.1075-01. «Зоны санитарной охраны
источников питьевого водоснабжения г. Москвы» (утв.Главным Государственным
санитарным врачом РФ от 11.10.2001).
СанПиН 2.1.4.1074-01. Взамен ГОСТ 2874-82. (не действует на территории
РФ). Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды
централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. (Введен с
01.01.2002).
Стандарты (ГОСТы)
Общего назначения
ГОСТ 12.0.001-82. Система стандартов безопасности труда. Основные
положения, (с изменениями № 1,2).
ГОСТ 12.0.003-74. Система стандартов безопасности труда. Опасные и
вредные производственные факторы. Классификация', (с изменениями № !)•
42

ГОСТ 12.0.003-83. Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие
требования безопасности.
ГОСТ 12.0.004—91. Система стандартов безопасности труда. Пожарная
безопасность. Общие требования.
ГОСТ 12.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие
санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
ГОСТ 12.0.007-76. Система стандартов безопасности труда. Вредные
вещества. Классификация и общие требования безопасности.
ГОСТ 12.0.010-76. Система стандартов безопасности труда. Взрывоопас-
носгь. Общие требования.
ГОСТ 25916-83. Ресурсы материальные вторичные.
ГОСТ Р 500587-93. Паспорт безопасности вещества (материала). Термины и
определения. Основные положения. Информация по обеспечению безопасности
при производстве, применении, хранении, транспортировании, утилизации.
ГОСТ 17.0.0.01-76. Система стандартов в области охраны природы и
улучшения использования природных ресурсов. Основные положения.
ГОСТ Р 17.0.0.06-2000. Охрана природы. Экологический паспорт природо-
пользователя. Основные положения. Типовые формы.
ГОСТ 17.1.1.01-77. Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана
вод. Основные термины и определения.
ГОСТ 17.1.1.02-77. Охрана природы. Гидросфера Классификация водных
объектов.
ГОСТ 17.1.1.03-86 (СТ СЭВ 5182-82). Охрана природы. Гидросфера.
Классификация водопользования.
ГОСТ 17.1.1.04-80. Охрана природы. Гидросфера. Классификация
подземных вод по целям водопользования.
ГОСТ 17.2.1.01-76. Охрана природы. Атмосфера. Классификация выбросов по
составу. B000).
ГОСТ 17.2.1.04—77. Охрана природы. Атмосфера. Источники и
метеорологические факторы загрязнения, промышленные выбросы. Термины и
определения.
ГОСТ 17.2.3.01-86. Охрана природы Атмосфера. Правила контроля
качества воздуха населенных пунктов.
ГОСТ 17.2.3.02-78. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления
допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями. B000).
ГОСТ 27593-88. Почвы. Термины и определения.
ГОСТ 17.4.1.02-83. Охрана природы. Почвы. Классификация химических
веществ для контроля загрязнения.
ГОСТ 17.4.2.03-86. Охрана природы Почвы. Паспорт почв.
ГОСТ 17.4.3.06-86. Охрана природы. Почвы. Общие требования к
классификации почв по влиянию на них химических загрязняющих веществ.
43

ГОСТ 17.5.1.02-83. Охрана природы. Рекультивация земель. Термины и
определения.
ГОСТ 17.5.1.02-85. Охрана природы. Земли. Классификация нарушенных
земель для рекультивации.
ГОСТ 17.5.3.01-78. Охрана природы. Земли. Состав и размер зеленых зон
городов, (с изменением №1).
ГОСТ 17.5.3.04-83. Охрана природы. Рекультивация земель. Общие
требования к рекультивации земель.
ГОСТ 17.6.1.01-83, Охрана природы. Флора. Охрана и защита лесов.
Термины и определения.
ТОСТ и.6.3Л)\.-7КОхранапрйроды. Флора. Охрана и рациональная
использование лесов зеленых зон городов. Общие требования. (С изменениями).
ГОСТ 17.8.1.01-86. Охрана природы. Ландшафты. Термины и определения.
ГОСТ 17.8.1.02-88. Охрана природы. Ландшафты. Классификация.
ГОСТ 30166-95. Ресурсосбережение. Основные положения.
ГОСТ 30167-95. Ресурсосбережение. Порядок установления показателей
ресурсосбережения в документации на продукцию.
ГОСТ Р 51387-99. Энергосбережение. Нормативно-методическое
обеспечение. Основные положения.
ГОСТ Р 51379-99. Энергосбережение. Энергетический паспорт
промышленного потребителя топливно-энергетических ресурсов. Осповные положения.
Типовые формы.
ГОСТ Р 51380-99. Энергосбережение. Методы подтверждения соответствия
показателей энергетической эффективности энергопотребляющей продукции
их нормативным значениям. Общие требования.
ГОСТ Р 51541-99. Энергосбережение. Энергетическая эффективность.
Составы показателей. Общие положения.
ГОСТ Р 51749-2001. Энергосбережение. Энергопотребляющее
оборудование общепромышленного назначения. Виды. Типы. Группы. Показатели
энергетической эффективности. Идентификация.
ГОСТ Р 51750-2001. Энергосбережение. Методика определения
технологической энергоемкости продукции и услуг.
ГОСТ Р ИСО 9001-2001 (ИСО 9001:2000). Система менеджмента и
качества.
ГОСТ Р ИСО 14001-98 (ИСО 14001:1996). Система управления
окружающей средой.
Гидросфера
ГОСТ 17.1.2.03-90. Охрана природы. Гидросфера. Критерии и показатели
качества воды для орошения.
ГОСТ 17.1.2.04-77. Охрана природы. Гидросфера. Показатели состояния и
правила таксации рыбохозяйственных водных объектов. A998).
44

ГОСТ 17.1.3.02-77. Охрана природы. Гидросфера. Правила охраны вод от
загрязнения при бурении и освоении морских скважин на нефть и газ. B002).
ГОСТ 17.1.3.05-82. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к
охране поверхностных и подземных вод от загрязнения нефтью и
нефтепродуктами.
ГОСТ 17.1.3.06-82. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к
охране подземных вод.
ГОСТ 17.1.3.07-82. Охрана ирироды. Гидросфера. Правила контроля
качества воды водоемов и водотоков. A998).
ГОСТ 17.1.3.08-82. Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля
качества морских вод.
ГОСТ 17.1.3.10-83. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к
охране поверхностных и подземных вод от загрязнения нефтью и
нефтепродуктами при транспортировании по трубопроводу.
ГОСТ 17.1.3.12-86. Охрана природы. Гидросфера. Общие правила охраны
вод от загрязнения при бурении и добыче нефти и газа на суше.
ГОСТ 17.1.3.13-86. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к
охране поверхностных вод от загрязнения.
Почвы, земли
ГОСТ 17.4.2.01-81. Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей
санитарного состояния. (С измением № 1).
ГОСТ 17.4.2.02-83. Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей
пригодности нарушенного плодородного слоя почв для землевания.
ГОСТ 17.4.3.02-85. Охрана природы. Почвы. Требования к охране
плодородного слоя почвы при производстве земляных работ.
ГОСТ 17.4.3.04-85. Охрана природы. Почвы. Общие требования к
контролю и охране от загрязнения. B000).
ГОСТ 17.4.3.05-86. Охрана природы. Почвы. Требования к сточным водам
и их осадкам для орошения и удобрения.
ГОСТ 17.5.3.05-84. Охрана природы. Рекультивация земель. Общие
требования к землеванию. B002).
ГОСТ 17.5.3.06-85. Охрана природы. Земли. Требования к определению норм
снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ. B002).
Физическое воздействие
ГОСТ 27409-97. Шум. Нормирование шумовых характеристик
стационарного оборудования. Основные положения.
45

Таб ли ца 1.1
ОтИЯТИРОВОЧНЫЕ ДОПУСТИМЫЕ УРОВНИ (ОДУ)
ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
ХОЗЯЙСТВЕННО-ПЙТЬКВОГО И КУЛЬТУРНО-БЫТОВОГО
ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ [5]
п/п
1
2
3
4
Наименование вещества
Железо пентакарбоннл
Жирные'галловые кислоты
Мзпяга гддрссиликат
) Метай
Формула
CjFeOs
CrL)
Величина
ОДУ(мг/л)
0,1
0,01
0,25
2,0
показатель вредности
орг. зап.
орг. пл.
орг. мутн.
ел.
Класс
опасности
4
4
4
1
1.4. НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СОСТАВУ
ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД
На настоящий момент установлены [4, 5] величины пределыю-допустимых
концентраций для 1343 и ориентировочные допустимые уровни для 402
химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-
бытового водопользования.
Сведения о нормативах качества воды по химическим веществам,
встречающимся в сбросах предприятий и производств окускованного сырья даны в
табл. 2.4 и 1Л.
1.5. НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО ЗАГРЯЗНЕНИЮ ПОЧВЫ
Номенклатура показателей санитарного состояния почв, в том числе
населенных пунктов н санитаршэ-защитных зон* определяется по [6] и включает:
• рН; * тяжелые металлы:
• нефть и нефтепродукты; * фенолы летучие;
• сернистые соединения; * мышьяк;
• цианиды; • полихлоридные бифенилы.
Таблица 1.2
ПОКАЗАТЕЛИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КЛАССОВ ОПАШОСШ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ [7]
Показатель
Токсичность ЛДьч
Перс-нстси-доос-ть в почве, мес.
ПДК й почве, mv/кг
Миграция
Персистентность в растениях, мес.
Влияние на пищевую ценность
сельскохозяйственной продукции
11орми для классов опасности
1-го
До 200
Свыше 12
Менее ОД
Мигрирует
3 и более
Сильное
2-го
От 200 до 1000
ОтбдоП
От 0,2 до 0,5
Слабо мигрирУет
От1 доЗ
Умеренное
3-го
Свыше 1000
Менее 6
Свыше 0.5
Мс мигрирует
Менее I
Нет
46

47

1.6. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА ПРЕДЕЛЬНО-ДОПУСТИМОГО
СБРОСА В ГИДРОСФЕРУ
Разработка проекта предельно-допустимых сбросов
Нормирование выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в окружающую
природную среду производится путем установления предельно-допустимых
сбросов веществ со сточными водами в водные объекты (ПДС).
ПДС — это масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к
отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в
единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном
пункте. ПДС устанавливаются с учетом ПДК в местах водопользования,
ассимилирующей способности водного объекта и оптимального распределения
массы сбрасываемых веществ между водопользователями, сбрасывающими
сточные воды.
ПДС является основой для планирования мероприятий и проведения
экологической экспертизы по предотвращению загрязнения гидросферы.
Нормативы в целом для предприятия должны устанавливаться в
совокупности значений для отдельных действующих, проектируемых и
реконструируемых источников загрязнения.
ПДС для проектируемых и реконструируемых предприятий определяется на
различных стадиях проектирования объектов. Для вновь вводимых
(реконструируемых) предприятий нормативы ПДС должны быть обеспечены к
моменту приемки этих объектов в эксплуатацию.
Порядок установления ПДС для действующих предприятий,
осуществляющих сбросы загрязняющих веществ в окружающую природную среду,
изложен ниже.
При сбросе в окружающую среду веществ, для которых не установлены
ПДК, органы по охране природы вправе принять решение о приостановке ра-
богы предприятии или отдельных его участков (технологических линий).
Ввод в эксплуатацию новых производств, в сбросах которых содержатся
вещества с неустановленными ПДК, запрещен.
Нормирование сбросов передвижных источников загрязнения в настоящей
инструкции не рассматривается.
Установление ПДС для действующих предприятий
ПДС устанавливается в разрешениях на специальное водопользование. В
случаях, если водохозяйственная и водоохранная деятельность действующих
предприятий не удовлетворяет нормам и правилам в области использования и
охраны вод (забор воды свыше установленных норм, отсутствие или
неэффективная работа очистных или других водоохранных сооружений,
неудовлетворительное техническое состояние водохозяйственных сооружений, заг-
48

рязнение водных объектов и т.п.), в соответствии с п. 2.8 упомянутой
инструкции разрешения на специальное водопользование таким предприятиям не
выдаются.
В этих случаях органы по охране природы составляют заключение с
указанием причин отказа в выдаче разрешения на специальное водопользование и
дают обязательное предписание об устранении этих причин в определенные
сроки. Одновременно органы по охране природы утверждают предприятию
лимиты забора свежей воды для исчисления платы за воду и нормативы ПДС.
Лимиты на забор свежей воды устанавливаются на основании
представляемых в органы по охране природы проектной документации, данных статотчет-
ности по форме 2 т.п. (водхоз), индивидуальных балансовых норм водопотреб-
ления и водоотведения, разработанных по заказу предприятий
специализированными организациями или самим предприятием и утвержденных в
установленном порядке. Нормативы ПДС рассчитываются, как правило, в целом по
бассейну реки.
Величины ПДС определяются для всех категорий водопользования как
произведение максимального часового расхода сточных вод g^ (м /ч) на
концентрацию в них загрязняющих веществ — Сст (г/м3) согласно формуле:
ПДС = g„C„ (г/ч). A.1)
Величина С , входящая в формулу A.1), определяется по известным
методам .
Для сбросов сточных вод в черте населенного пункта Ссг устанавливается
на уровне соответствующих ПДК.
Если фактический сброс вредных веществ со сточными водами меньше
расчетного ПДС, то в качестве ПДС принимается фактический сброс.
Если природное фоновое содержание загрязняющих веществ в водном
объекте по каким-либо показателям не обеспечивает нормативное качество
воды в контрольном пункте, то ПДС по этим показателям устанавливается,
исходя из условий соблюдения природного фонового качества воды в
контрольном створе.
Для предприятий, расположенных в районах с повышенной минерализацией
природных вод, при расчете ПДС принимается величина Сст равная 1500 мг/л
в качестве предельного уровня минерализации поверхностных вод.
Данные по фоновому составу воды водных объектов запрашиваются в
местных органах Роскомгидромета.
С целью предотвращения сброса загрязняющих веществ со сточными
водами, отводимых в водные объекты после охлаждения агрегатов, величина Сст
устанавливается на уровне концентрации веществ в воде водного объекта в
месте забора (при условии водопользования одним водным объектом).
49

При наличии веществ 1-го и 2-го классов опасности с одинаковыми
лимитирующими признаками вредности (ЛГГО) ПДС устанавливается из расчета:
Г' Г"
ст -+-^4:+... <1. A.2)
ПДК' ПДК"
Для сточных вод, отводимых в канализационную сеть населенного пункта
или другого предприятия, технические условия на сброс устанавливаются
владельцем очистных сооружении, из условия обеспечения последним отведения
сточных вод в водный объект с соблюдением нормативов НДС.
Согласование и утверждение ПДС
Нормативы ПДС утверждаются местными (республиканскими или
областными) органами системы Госкомэкологии РФ с учетом заключений местных
органов системы Минздрава РФ.
Обеспечение согласования и утверждения ПДС входит в обязанности иред-
приятия-природоиользователя.
Представляемые на согласование и утверждение материалы по
установлению ПДС должны содержать ходатайство, пояснительную записку,
результаты расчетов нормативов ПДС и планы мероприятий по достижению
установленных нормативов.
Планы мероприятий по достижению ПДС должны содержать конкретные
мероприятия по снижению выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в
окружающую природную среду, вплоть до полного прекращения сбросов
загрязняющих веществ в гидросферу.
При разработке мероприятий следует отдавать приоритет внедрению
экологически прогрессивных технологий с учетом достижений отечественной и
зарубежной науки и практики.
Представляемые на согласование проекты норм ПДС должны быть
рассмотрены в двухнедельный срок, а по особо крупным объектам (в отдельных
случаях) он может быть продлен до 30 дней.
Нормативы ПДВ и ПДС устанавливаются соответственно на срок до 5-ти и
3-х лет и подлежат пересмотру (переухверждению) или уточнению по планам-
графикам, согласованным с местными органами Госкомэкологии РФ.
Необходимость пересмотра ранее установленных ПДВ и ПДС может
возникнуть до истечения срока их действия при изменении экологической
обстановки в регионе, появлении новых или уточнении параметров существующих
источников загрязнения окружающей природной среды. Пересмотр
установленных нормативов ПДВ и ПДС обеспечивается прецпрштиями-природополь-
зователями.
При определении размера платы за сбросы в окружающую среду
необходимо руководствоваться установленными нормами ПДС.
50

Контроль за соблюдением ПДС
Контроль за достижением и соблюдением установленных нормативов
выбросов (сбросов) зшрязняющих веществ в окружающую природную среду
включает:
• определение массы выбросов (сбросов) вредных веществ в единицу
времени or данного источника загрязнения и сравнение этих показателей с
установленными нормативами ПДС;
• проверку выполнения плана мероприятия по достижению ПДС;
• проверку эффективности эксплуатации очистных и других
природоохранных сооружений, а также других производственных факторов, влияющих на
ПДС.
Контроль производится как самим предприятием (производственный
контроль), так и местными органами Госкомэкологии РФ, осуществляющими
государственный контроль.
Для осуществления производственного контроля на предприятиях
создаются соответствующие подразделения (отделы охраны окружающей среды,
экологическая служба, экоаналитические лаборатории и др.), или привлекаются
для этой цели другие специализированные организации.
Службы производственного контроля согласуют с местными органами
Госкомэкологии РФ места и периодичность отбора проб для проведения замеров,
перечень контролируемых показателей, применяемые методики анализа, объем
и порядок представления информации о сбросах загрязняющих веществ в
окружающую природную среду.
1.7. САНИТАРНО-ЗАЩИТНЫЕ ЗОНЫ
Различают:
• зона загрязнения — территория за пределами предприятия, на которой
величины приземных концентраций превышают ПДК;
• сапитарно-защитпая зона (СЗЗ) — часть зоны загрязнения в пределах
между границей предприятия и границей селитебной территории;
• разрыв от источника производственных выбросов в атмосферу —
расстояние от источника выбросов, на котором достигается уровень
допустимой концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы.
Дополнительное понятие:
• санитарный разрыв — расстояние от источника выбросов, на котором
ориентировочно будет достигаться уровень допустимой концентрации при
перспективном развитии предприятия и ужесточении ПДК.
Ширина СЗЗ регламентируется санитарными нормами [12] в зависимости
от мощности предприятия. Граница ее по условиям охраны атмосферного воз-
51

духа отсчитываетея от ограды предприятия или наиболее мощных
источников. Для металлургических предприятий установлена максимальная ширина
СЗЗ 2 км. Для действующих предприятий при расположении жилых районов на
более близком расстоянии от них, чем нормируемая зона, ширина СЗЗ
устанавливается по совместному решению Министерства здравоохранения и
Минстроя.
Во всех случаях достаточность размеров СЗЗ, в том числе и
соответствующей нормативным показателям, должна проверяться расчетом приземных
концентраций. Если в результате такого расчета выявляется, что санитарные
нормы на границе нормативной санитарной зоны для существующего жилого
района не обеспечиваются, должны быть разработаны дополнительные
мероприятия, направленные на снижение приземных концентраций.
Если предприятие граничит с другими предприятиями, целесообразно создать
общую СЗЗ и проверить ее размеры расчетом выбросов от всех источников
предприятий.
При сосредоточении в одном районе ряда крупных предприятий,
являющихся источниками загрязнения воздуха, ширина СЗЗ может быть увеличена до
трех раз. При разработке проектов по защите атмосферы возможны случаи,
когда в результате намечаемого комплекса мероприятий размер СЗЗ в
существующей капитальной жилой застройке может быть сокращен. Такое
сокращение допускается при соответствующем обосновании, подтвержденном
расчетами. В этих случаях санитарные органы до осуществления мероприятий и
натурного подтверждения планируемой эффективности разрешают расселять
жителей только из сокращенной зоны, но новое жилищное строительство в
пределах нормируемой зоны на этот период не допускается.
В ряде случаев при рассмотрении проектов защиты атмосферы от
выбросов действующих предприятий предъявляется требование о расширении СЗз
с учетом розы ветров. Это требование неправомерно, так как расчет
приземных концентраций при проверке соблюдения санитарных норм для каждой
расчетной точки, расположенной на границе нормируемой СЗЗ, ведется
отдельно. При этом условно принимается, что ветер со стороны предприятия
направлен на эту точку постоянно.
Если же требование об увеличении размера СЗЗ с учетом неравномерности
розы ветров выполнять необходимо, то следует либо расселить большое
число жителей, либо предусмотреть в проекте такие дополнительные
мероприятия, которые обеспечат ПДК, установленные для жилых районов не на
нормируемой границе СЗЗ, а ближе к предприятию.
Необоснованность требования о расширении СЗЗ путем введения поправки
на розу ветров видна также из того, что прн определении приземных
концентраций в рассматриваемых точках расчет ведется по опасной скорости ветра, пр
которой суммарные приземные концентрации максимальны, а роза ветров р&с"
52

считывается только по суммарному числу определенных направлений ветра в
году, а не с учетом опасных с точки зрения загрязнения воздуха скоростей
ветра. Поэтому при разработке проектов по защите атмосферы от выбросов
действующих металлургических заводов эта поправка обычно не учитывается.
Санитарно-зашитные зоны подлежат озеленению с выбором
соответствующих дымогазоустойчивых пород деревьев и созданием в зеленых
насаждениях специально организованных коридоров для проветривания промплощадки.
Зеленые насаждения СЗЗ снижают приземные концентрации вредных веществ
на границе жилого района. Они особенно эффективны для локализации
неорганизованных выбросов пыли и выделений дыма из низких труб, однако в
расчетах приземных концентраций этот фактор пока не учитывается. С тех сторон
предприятия, где жилая застройка отсутствует, озеленение СЗЗ не требуется.
Если вокруг предприятия растет хвойный лес, то учитываются затраты на
замену хвойных деревьев по мере их усьгхания лиственными.
Санитарно-защитная зона является обязательным элементом любого
промышленного предприятия и друшх объектов, которые могут быть
источниками химического, биологического или физического воздействия на
окружающую среду и здоровье человека.
Санитарно-защитная зона — территория между границами
промплощадки, складов открытого и закрытого хранения материалов и реагентов,
предприятий сельского хозяйства, с учетом перспективы их расширения и
селитебной застройки.
Она предназначена для:
• обеспечения требуемых гагиенических норм содержания в приземном слое
атмосферы загрязняющих веществ, уменьшения отрицательного влияния
предприятий, транспортных коммуникаций, линий электропередач на окружающее
население, факторов физического воздействия — шума, повышенного уровня
вибрации, инфразвука, электромагнитных волн и статического электричества;
• создания архитектурно-эстетического барьера между промышленной
зоной и жилой частью при соответствующем ее благоустройстве:
• организации дополнительных озелененных площадей с целью усиления
ассимиляции и фильтрации загрязнителей атмосферного воздуха, а также повышения
активности процесса диффузии воздушных масс и локального благоприятного
влияния на климат.
Санитарно-защитная зона должна иметь последовательную степень
проработки ее территориальной организации, озеленения и благоустройства на всех
этапах разработки предпроектпой и проектной документации, строительства и
эксплуатации отдельного предприятия или промышленного комплекса.
В предпроектной документации на строительство новых, реконструкцию или
техническое перевооружение действующих предприятий и сооружений
должны быть предусмотрены средства на организацию и благоустройство сани-
S3

тарно-защитных зон, включая переселение жителей, а в составе проектно-смет-
ной документации должен быть представлен проект по ее организации,
благоустройству и озеленению в соответствии с действующей нормативной
документацией.
Примечания.
1. Б состав исходных данных для характеристики территории санитарно-защитной зоны
в проекте се организации должны быть включены:
•харшаеристикаприродно-к:1илитических условий:
• отчеты изысканий о почвенном обследовании с определением исходного уровня
содержания элементов и химических веществ, источником которых может быть
проектируемое предприятие и изучении лесорастительных условий района озеленения;
• материалы инвентаризации зданий, сооружений и насаждении;
• материалы, характеризующие сельхозугодья.
2. В составе графических материалов разрабатывается генеральный план санитарно-
защитной зоны в масштабе 1; 10000 или 1:25000 с нанесением границ зоны. Указанный
генплан может быть совмещен с ситуационным пианом.
Для объектов, их отдельных зданий и сооружений с технологическими
процессами, являющимися источниками формирования производственных
вредностей в зависимости от мощности, условий эксгшуатации, концентрации
объектов на ограниченной территории, характера и количества выделяемых в
окружающую среду токсических и пахучих веществ, создаваемого шума,
вибрации и других вредных физических факторов, а также с учетом
предусматриваемых мер по уменьшению неблагоприятного влияния их на окружающую
среду и здоровье человека при обеспечении соблюдения требований
гигиенических нормативов в соответствии с санитарной классификацией
предприятий, производств и объектов устанавливаются следующие минимальные
размеры санитарно-защитных зон [12]:
• предприятия первого класса— 1000 м">
• предприятия второго класса — 500 м;
• предприятия третьего класса — 300 м;
• предприятия четвертого класса — 100 м;
• предприятия пятого класса ■— 50 м.
Примечания.
1. Соблюдение указанных размеров СЗЗ в зависимости от класса предприятия
тш>шрдявновъст^ояццгссяиреко^
приятии пересмотр и обоснование достаточности СЗЗ должны быть выполнена Х П^~
ние не более 5 лет с момента выхода настоящего документа. ТеЧс-
2- В условиях сложившейся застройки при соблюдении минимальной СЗЗ r
ствии с ранее действующими нормами, обеспечение требований данного л С°°Твет-
при отсутствии возможности решения задачи планировочными приемами до ">'МеНта>
внедрением новых технологий и снижением воздействия выбросов данного i
Пред.прил.
54

тия на население при его реконструкции с соответствующим сниже1 шем класса
вредности.
3. Для объектов, не включенных в санитарную классификацию, ширина СЗЗ
устанавливается в каждом конкретном случае решением Главного государственного
санитарного врача Российской Федерации или его заместителя.
4. Для минипроизводств (предприятий пищевой, парфюмерно-косметической
промышленности, общественного питания, зрелищных и культурных объектов,
минимальная санитарно-зашитная зона принимается равной 50 м при расчетном обосновании ее
достаточности по шумовому воздействию.
5. Временное сокращение объема производства не является основанием к
пересмотру принятой величины СЗЗ для максимальной проектной или фактически достигнугой
его мощности.
Санитарная классификация предприятий представлена ниже.
Достаточность ширины санитарно-защитной зоны по принятой
классификации, в первую очередь для предприятий I, II и III класса, должна быть
подтверждена расчетами рассеивания выбросов в атмосфере по действующим
методикам математического моделирования, по приоритетным по объему и
токсичности химическим веществам, с учетом сложившегося фонового
загрязнения атмосферы за счет выбросов действующих., намеченных к
строительству или проектируемых предприятий расчетами распространения шума,
вибрации и электромагнитных полей.
Примечание.
Для объектов, характеризующихся многокомпонентным загрязнением атмосферы
высокотоксичными соединениями A-го и 11-го классов опасности) для установления СЗЗ
может быть применен расчет комплексного показателя "S" по соответствующим
румбам с учетом розы ветров и взаиморазмещения селитебных и промышленных
территорий за счет суммарного выброса действующими, намеченными к строительству или
проектируемыми предприятиями.
Размещение предприятий, имеющих индивидуально согласованную санитар-
но-защитную зону большой протяженности, а также предприятий 1-го, П-го и
Ш-го класса среди жилой застройки не допускается.
Размещение предприятий IV-ro и V-ro классов, не требующих
железнодорожных подъездных путей и интенсивного движения грузового
автотранспорта, допускается в пределах селитебных районов. Однако преимущество
должно быть отдано окраинному их размещению относительно границ жилой
территории.
Для современных крупных промышленных предприятий и комплексов
производств (черная и цветная металлургия, предприятия нефтепереработки и
нефтехимии, биосинтеза, лесопромышленный комплекс и др.), размеры сани-
тарно-защитных зон обосновываются генпроектировпщком и
устанавливаются в каждом конкретном случае по решению Главного государственного сани-
55

тарного врача Российской Федерации или его заместителя как единое
образование для всех предприятий комплекса. Размеры минимальных санитарно-
защитных зон, указанные в санитарной классификации производств для таких
комплексов, следует рассматривать как ориентировочные.
В перечень причин, обусловливающих необходимость увеличения размера
санитарно-зашитных зон или создания индивидуальных зон для отдельных
преддриятий и промышленных комплексов сверх установленных по
санитарной классификации производств, входит:
• наличие морально устаревшего технологаческого оборудования на
действующем предприятии или отдельных его цехах, не обеспечивающего
качество атмосферного воздуха селитебной территории в соответствии с
нормативами;
• малая эффективность газо-пыпеулавливающего оборудования и
техническая нерешенность снижения загрязнения атмосферного воздуха до
гигиенических нормативов;
• неблагоприятное по господствующим направлениям ветра
взаиморасположение селитебных и промышленных территорий;
• превышение ПДК содержания в атмосфере химических веществ и ПДУ
шума, вибрации, электромагнитных волн радиочастот и других вредных
физических факторов за пределами требуемой СЗЗ по материалам лабораторного
контроля при невозможности снижения уровня загрязнения техническими
средствами.
При строительстве новых, еще недостаточно изученных, вредных в
санитарном отношении производств, размещении нового промышленного предприятия
на территориях, характеризующихся условиями застоя атмосферы, высоким
потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА), а также неблагоприятной медико-
демографической ситуацией размер санитарно-защитной зоны может быть
увеличен до 3 раз.
Размеры санитарно-защитной зоны по решению Главного государственного
санитарного врача Российской Федерации или его заместителя могут быть
уменьшены при:
• объективном доказательстве стабильного достижения уровня
техногенного воздействия на природу и население в рамках и ниже нормативных
требований по материалам систематических (не менее чем годовых)
лабораторных наблюдений за состоянием воздушной среды и благоприятных
характеристиках ПЗА;
• подтверждении замерами снижения уровней шума и других физических
факторов в пределах селитебной территории ниже гигиенических нормативов,
• полном перепрофилировании предприятия и в связи с этим изменении
класса вредности.
56

учебные заведения, поликлиники, магазины, научно-исследовательские
лаборатории, связанные с обслуживанием данного предприятия;
• нежилые помещения для дежурного аварийного персонала и охраны
предприятий, стоянки для общественного и индивидуального транспорта, местные
и транзитные коммуникации, ЛЭП, электроподстанции, нефте- и газопроводы,
артезианские скважины для технического водоснабжения, водоохлаждающие
сооружения для подготовки технической воды, канализационные насосные
станции, сооружения оборотного водоснабжения, питомники растений для
озеленения промплощадки, предприятий и санитарно-защитной зоны.
Примечания.
1. Санитарно-защитная зона для предприятий IV и V классов должна быть
максимально озеленена (не менее 60 % площади), для предприятий II и III класса—не менее 50 %;
для предприятий 1-го класса и зон большей протяженности—не менее 40 % ее
территории.
2. При минимальной савитарно^защитной зоне между производством и границей жилой
застройки в 50 м ширина трассы для движения городского транспорта не может
рассматриваться как составляющая требуемого по санитарной классификации размера.
3. Используемая площадь под размещение объектов не должна превышать 30 %
общей территории санитарно-защитной зоны.
1.8. САНИТАРНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ,
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ И МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИЕ
ПРЕДПРИЯТИЯ И ПРОИЗВОДСТВА
КЛАСС I — санитарно-защитная зона 1000 м
1. Комбинат черной металлургии с полным металлургическим циклом
более 1 млн. т/год чугуна и стали.
Примечание.
Большие мощности требуют дополнительного обоснования необходимой
сверхнормативной минимальной санитарно-защитной зоны.**
2. Предприятия по вторичной переработке цветных металлов (меди, свинца,
цинка и др.) в количестве более 3000 т/год.
3. Производство по выплавке чугуна при общем объеме доменных печей п°
1500 м3.*
4. Производство стали мартеновским и конверторным способами с цехами
по переработке отходов (размол томасшпака и т.п.).*
5. Производство по выплавке цветных металлов непосредственно из руд #
концентратов (в том числе свинца, олова, меди, никеля).*
6. Производство алюминия способом электролиза расплавленных солей
алюминия (глинозема).*
7. Производство по выплавке спецчугунов; производство ферросплавов.*
58

8. Предприятия по агломерированию руд черных и цветных металлов и пи-
ритных огарков.
9. Производство глинозема (окиси алюминия).
10. Производство ртути и приборов с ртутью (ртутных выпрямителей,
термометров, ламп и т.п.).*
11. Коксохимическое производство (коксогаз).*
КЛАСС II — санитарно-защшпная зона 500 м
1. Производство по выплавке чугуна при общем объеме доменных печей от
500 до 1500 м3.
2. Комбинат черной металлургии с полным металлургическим циклом
мощностью до 1 млн. т/год чугуна и стали.
3. Производство стали мартеновским, элеироплавильным и конверторным
способами с цехами по переработке отходов (размол томасшлака и пр.) при
выпуске основной продукции в количестве до 1 млн. т/год.
4. Производство магния (всеми способами, кроме хлоридного).
5. Производство чугунного фасонного литья в количестве более 100 тыс. т/
год.
6. Производство по выжигу кокса.
7. Производство свинцовых аккумуляторов.
8. Производство самолетов, техническое обслуживание.
9. Предприятия автомобильной промышленности.*
10. Производство стальных конструкций.
11. Производство вагонов с литейным и покрасочным цехами.
КЛАСС III — санитарпо-защитная зона 300 м
1. Производство цветных металлов в количестве от 100 до 2000 т/год.
2. Предприятия по вторичной переработке цветных металлов (меди, свинца,
цинка и др.) в количестве от 2 до 3 тыс. т/год.
3. Производство по размолу томасшлака.
4. Производство сурьмы пирометаллургическим и электролитическим
способами.*
5. Производство чугунного фасонного литья в количестве от 20 до 100 тыс.
т/год.
6. Производство цинка, меди, никеля, кобальта способом электролиза
водных растворов.
7. Производство металлических электродов (с использованием марганца).
8. Производство фасонного цветного литья под давлением мощностью
10 тыс. т/год (9500 т литья под давлением из алюминиевых сплавов и 500 т
литья из цинковых сплавов).
9. Производство люминофоров.*
59

10. Метизное производство.**
11. Производство санитарно-технических изделий.**
12. Предприятия шсо-молочного машиностроения.**
13. Производство шахтной автоматики.**
14. Шрифтолитейные заводы (при возможных выбросах свинца).
15. Производство кабеля голого.
16. Производство щелочных аккумуляторов.
17. Производство твердых сплавов и тугоплавких металлов при отсутствии
цехов химической обработки руд,
КЛАСС IV — ccmiimqpw-защигтт зона 100 м
1. Производство по обогащению металлов без горячей обработки.
2. Производство кабеля освинцованного или с резиновой изоляцией.
3. Производство чугунного фасонного литья в количестве от 10 до 20 тыс. т/
год.
4. Предприятия по вторичной переработке цветных металлов (меди, свинца,
цинка и др.) в количестве до 1000 т/год.
5. Производство по выплавке чугуна при общем объеме доменных печей
менее 500 м .
6. Производство тяжелых прессов.**
,лин!^02?ГВ0 ШШШ И ПРИ6°Р0В ^'—ческой промышленное™
Р.Предгфшгшяпорешн^д^
10. Производство КооРГаГ~ ГГ~*:бИЛеЙ' ^^
U. Производство металлообрабатываюпгей ™Г
стальным (в количестве до 10 тыс т/шГ ПрШЫШЛеннос™ с чугунным,
год) литьем, и без литейных цехов'** " ЦВетым <в количестве до 100 т/
12. Производство металлических электродов
13. Шрифтолитейные заводы (без BHfi,v™
14. Полиграфические комбинат Р"* СВИНЦа>
15. Фабрика офсетной печати **
16. Типографии с применением свинца.
КЛАСС V■- санитар110.защш
1. Производство котлов. 50 м
2. Предприятия пневмоавтоматики**
3. Предприятие металлоштамп.** '
4. Предприятие сельхоздеталь **
< Типографии без пршшения'свинца (офсетшй
^етШИ"К0№«отернЫЙНабор).
5
60

1.9. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛАВЕ 1
1. Закон РФ «Об охране окружающей среды» № 7. ФЗ от 10.01.2002.
2. ГН 2.1.6.695-98. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в
атмосферном воздухе населенных мест.
3. ГН 2.1.6.696-98. Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ)
загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
4. ГН 2.1.5.689-98 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ.
5. ГН 2.1.5.690-98 Ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) хмнических веществ в
воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.
6. ГОСТ 17.42.01-81. Охрана природы. Почвы. Номенклатурные показатели
санитарного состояния почв.
7. ГОСТ 17.4.1.01-83. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для
контроля загрязнений.
8. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно
допустимых количеств (ОДК) химических веществ в почве № 6229-91.
9. ГН 2.1.7.020-94. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК)тяжелых металлов
и мышьяка в почвах.
10. Сборник удельных показателей образования отходов производства и потребления. —
М.: Госкомэкология РФ, 1999.—65 с.
11. Закон Российской Федерации «Об отходах производстваи потребления». — М.:
Республика, 1998.—48с.
12. Закон РФ «О внесении изменений и дополнений в Федеральный закон «Об отходах
производства и потребления» и Федеральный закон «О лицензировании отдельных
видов деятельности».—М.: Республика 2001 г.
13. Закон Российской Федерации «О санитарно-эпидемиологаческом благополучии
населения». — М.: Республика, 1999. —40с.
14. Постановление Правительства РФ от 03.08.92г. К° 545 «Об утверждении порядка
разработки и утверждения экологических нормативов выбросов и сбросов загрязняющих
веществ в окружающую среду; лимитов использования природных ресурсов,
размещения отходов». —-8 с.
15. Временные правила охраны окружающей среды от отходов производства и
потребления в Российской Федерации.—М.: Минприроды, 1994. — 80 с.
16. Конституция Российской Федерации, издательский дом «Литера», Санкт-Петербург,
2002 г.
17. Экологическая доктрина Российской Федерации.—М.: МПР. 2002 г.
61

Глава Z
КОНЦЕПЦИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ.
БЕЗОТХОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Нет отходов — есть
неиспользованное сырье.
ДМ. Менделеев
2.1. БЕЗОТХОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Впервые м&тоотходные и безотходные технологии как главный путь
инженерно-экологического развития общества были предложены в середине 60
годов академиками А. Ц Виноградовым, И. В, Петряновым, Б. Н. Ласко-
риным, Н. Н. Семеновым. На основе их применения предполагалось не только
максимально полезно использовать потребляемые сырьевые ресурсы» но и
пытаться полностью перерабатывать образующиеся отходы.
В общем случае, согласно теории распространения загрязнений, для которой
предложено название «миазмотологим», при развитии любого промышленного
производства наблюдаются следующие явления:
* при непрерывном технологическом процессе загрязнена окружающей
среды происходит в результате неполного обезвреживания отходов из-за
несовершенства самого процесса или присутствия значительных примесей в
исходном продукте;
* всякое загрязняющее вещество после выброса в любую часть биосферы
До предела растворяется в ней, а также одновременно проникает в ДРУ«1е
части биосферы и взаимодействует с ними.
Таким образом, согласно указанным закономерностям, основной техно-
логической задачей является переработка отходов на месте и в момент и*
возникновения. Чем дальше удаляются отходы от места их образования, тем
оолее усложняется эта задача и на каком-то этапе она становится неразре-
™2 Щ ^ Разработке технологических схем очистки и обеивр*
ZZIT^-™^^в «Юмищую среду следует исходить из при*
-IZZt^T^ m "*««* ошщов, требующих
одинаковой обработки. Даже самые бююмйые <£шм. накалливаюшие-
весие и гп^ л^^^гак™новоздействоватьнасложиБШеео.н—
ружающей с™ЬН0' °Т№;льш **** ™ экологические параметры
c^SSSl Ра3ш~ общестадно^экономическими системам
На ШСОК0М ««^ сосяявшица в 1979 г. в Женеве, **№&****
62

«Декларации о малоотходной и безотходной технологии и использовании
отходов».
По результатам проведенных до этого международных форумов,
определены главные направления сотрудничества, включающие:
• научно-технические аспекты;
• рациональное использование природных ресурсов и энергии путем
разработки и внедрения новых технологий и совершенствования существующих;
• использование новых энергетических ресурсов, создания замкнутых водо-
оборотных систем и утилизации материально-энергетических потерь;
• социально-экологические параметры;
• проведение анализов и научного прогнозирования краткосрочных и
долгосрочных последствий развития материального производства для человека,
флоры и фауны и сохранение нормальных условий развития природных
экосистем.
В итоге в Женеве была принята программа внедрения в мировую практику
«безотходных технологий», а само понятие звучало так: безотходная
технология есть практическое применение знаний, методов и средств для
обеспечения в рамках человеческих потребностей наиболее рационального
использования природных ресурсов, энергии и защиту окружающей среды.
Под безотходной технологией понимается идеальная модель производства,
которая в большинстве случаев не может быть реализована в полной мере, но
с развитием технологического прогресса все больше приближается к
идеальной. Более конкретно под безотходной технологической системой следует
понимать такое производство, в результате деятельности которого не
происходит выбросов в окружающую среду. Безотходное производство представляет
собой совокупность организационно-технических мероприятий, технологических
процессов, оборудования, материалов, обеспечивающих максимальное и
комплексное использование сырья и позволяющих свести к минимуму
отрицательное воздействие отходов на окружающую среду.
Безотходное производство можно характеризовать всемерно возможной
утилизацией образовавшихся в прямых технологических процессах отходов.
Малоотходная технология представляет собой промежуточную ступень
безотходной и отличается от нее тем, что обеспечивает получение готового
продукта с не полностью утилизированными отходами.
Отходы представляют собой побочные продукты промышленного
производства, выделяющиеся в процессе производства основных видов продукции,
характеризующиеся определенными физико-химическими свойствами. Отходы
производства и потребления, пригодные для переработки в товарную
продукцию, относятся к вторичным материальным ресурсам.
Анализ отечественных и зарубежных материалов показывает, что без
отходная технология может развиваться в следующих основных направлениях:
63

* создание различных видов бессточных технологических систем на базе
существующих, внедряемых и перспективных способов очистки. При этом
достигается резкое уменьшение потребления воды, но, как правило, образуется
вторичное загрязнение в виде твердых осадков или насыщенных растворов;
• разработка и внедрение систем переработки отходов производства и
потребления, которые следует рассматривать не как экологическую нагрузку, а
как вторичные материальные ресурсы. Необходимо учитывать, что при
эксплуатации современных систем водо- и газоочистки образуются твердые
отходы, представляю щи е собой сложную концентрированную смесь
загрязняющих веществ;
• организация гтришщшально новых процессов получения традиционных
видов продукции, позволяющих исключить или сократить этапы переработки;
или технологические стадии, на которых образуется основное количество
отходов;
* разработка и создание территориально-промышленных комплексов с
замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внугри ТПК,
имеющих минимум выбросов.
Одним из перспективных, выгодных и развивающихся направлении
использования промышленных отходов, входящих в систему безотходных технологий,
является обмен ими как между предприятиями внутри стран, так и между
государствами в целях использования их в подходящих технологических процессах,
Так, широко развит экспорт и импорт полимерных отходов в странах ЕЭС, а
также Австрии, Швейцарии и Скандинавских странах. Особым спросом
пользуются отходы полимеров: полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида и аце-
тата целлюлозы. Ведущее положение в европейском обмене этими отходащ
занимают Италия, (ежегодный импорт составляет свыше 90 тыс. т полимерных
отходов), ФРГ (экспорт 65 тыс. т) и Франция (экспорт 50 тыс. т).
В странах Западной Европы и США существует два типа посреднических
бирж: биржи, поставляющие информацию о количестве отходов, их качес?.
венном составе и способах переработки, и биржи, непосредственно осущесТв
вляющие обмен отходами путем поиска соответствующего потребителя. ус_
пешное функционирование таких систем, замыкающих цикл безотходных Тех„
нологий, возможно на основе АСУ, функционирующих в государственных щ^
штабах или в пределах промышленного района. Так в ФРГ и Франции путем
посреднических бирж между предприятиями реализуются отходы ДРевеси*ц,г
бумаги, картона, металлов и других промышленных отходов (ПО). Несмо^
на сравнительно небольшие пока контракты между поставщиком и п0ТРеб^
телем B1-35 %), такие биржи экономически выгодны для государства, q6
этом же говорит опыт США, где действует широкая сеть посреднических бц^
способствующих внедрению прогрессивных технологических процессов пере*
работки отходов и обмену отходами между предприятиями.
64

Для рационального управления комплексной системой сбора,
транспортирования, обезвреживания и утилизации отходов и загрязнений в масштабах
промышленного региона, отдельной страны или группы стран необходимо
владеть оперативной информацией о местонахождении отходов, их количестве,
составе и свойствах, возможностях утилизации или обезвреживания.
Информационно-поисковые системы позволяют определить и находить связи
«отходы — сырье», «поставщик — потребитель». Координационные центры по
взаимному обмену промышленными отходами в целях дальнейшей
утилизации, например, успешно функционируют в Японии.
Резервы безотходных технологий огромны. Подсчитано, что в расчете на
душу населения у нас в стране за год перерабатывается до 20 т различного
природного сырья, в готовую продукцию переходит всего лишь 5-1 %, все
остальное — отходы, неиспользованная часть сырья. В процессе
эксплуатации промышленная продукция по мере износа нли морачьного старения также
переходит в категорию отходов потребления. Таким образом, практически весь
объем взятых у природы материалов возвращается ей, но уже с новыми
свойствами, которые приводят к нарушению экологического равновесия.
Интересна эволюция в понимании существа безотходных технологий и
возможности внедрения их в практику, которая хорошо иллюстрируется
определениями понятия «безотходная технология». В рекомендациях, принятых
после окончания работ и семинаров в Ташкенте A984 г.), правительствами
стран — членов ЕЭК было принято следующее определение: «Безотходная
технология — это тавхзй способ осуществления производства продукции
(процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором
наиболее рационально и комплексно используется сырье и энергия в цикле:
сырьевые ресурсы — производство — потребление —■ вторичные сырьевые
ресурсы таким образом, чтобы любые воздействия на окружающую среду не
нарушили ее нормального функционирования».
С одной стороны, определение расширяется для уточнения сферы действия
безотходных технологий; с другой, подчеркивается этапность перехода.
Сегодня, исходя из возможностей, реально повсеместное внедрение ресурсо- и
энергосберегающих малоотходных технологий. Внедрение полностью
безотходных технологий — проблема XXI столетия. Отметим, что и само
понятие безотходных технологий достаточно условно и показывает лишь
принципиальное направление развития общества. На совещаниях были намечены
конкретные пути внедрения элементов безотходных технологий в
рассматриваемых отраслях.
Проблема рационального использования природных ресурсов и охраны
окружающей среды — взаимодействия общества и природы — была
всесторонне рассмотрена Общим собранием Академии наук СССР в 1988 г.,
принято решение о создании Комиссии АН СССР по проблемам экологии, кото-
65

рая разработача соответствующую «Программу биосферных и экологических
исследований АН СССР на период до 2005 года». Только в Российской
академии наук более 300 институтов ведут экологические исследования по
многим направлениям. Вместе с ними работают научные учреждения и друга
ведомств.
Каким образом совместить шсокое качество жизни и бережное отношение
к природным ресурсам в условиях нынешнего неконтролируемого роста
население безжалоспюй эксплуатации природных ресурсов и активного загрязнения
окружающей среды? Ответ на этот вопрос дает международная
неправительственная организация, называемая Римским клубом. Он был основан
в 1968 г. и ассоциировал вокруг себя усилия известных специалистов в
области глобальных проблем охраны окружающей среды. В 1995 г. был представлен
очередной доклад Римскому клубу, авторы которого считают, что «если
увеличить продуктивность использования ресурсов в 4 раза, человечество
смогло бы удвоить свое богатство, при этом уменьшить наполовину нагрузку на
природную среду». Допускается возможность жить в 2 раза лучше и в то же
время тратить в 2 раза меньше. Авторы делают попытку доказать
техническую осуществимость учетверения производительности ресурсов с
одновременной макроэкономической выгодой, что должно сделать все общество
богаче. Утверждается возможность решения экологических проблем с
одновременным повышением эффективности потребления природных ресурсов путем
совершенствования технологии. Для этого надо решить многие
экономические проблемы с участием государственного регулирования.
Если ранее в основу прогресса закладывалось увеличение
производительности труда, то сейчас ■— увеличение продуктивности ресурсов. При этом
необходимо учитывать, что для слаборазвитых стран, ведущих сегодня
борьбу с бедностью, экономия ресурсов и бережное отношение к природе
находятся на втором плане. К сожалению, в наши дни это в полной мере
относится и к России.
Природопользование в нашей стране находится в стадии глобального
упадка обусловленного всеобщим экономическим кризисом, что в свою очередь
ведет к обострению экологической обстановки. Этому способствует ряд
традиционно существующих причин.
Во-первых, сложилось устойчивое, но крайне ошибочное по своей сути
мнение о неограниченности ресурсо-энергетического потенциала страны, отсюда
_экономическая безвозмездность в расточительном использовании природных
vpc0B. Это привело во многих случаях к истощению ресурсов с
соответствующим ухудшением экологической ситуации, а также к низкому
показатели природоотдачи производству конечной продукции на единицу
используемых ресурсов.
66

Во-вторых, стремление разрабатывать наиболее богатые месторождения
по соображениям сиюминутной экономической выгоды, избегая совместного
использования с бедным сырьем, которое при таком подходе является
забалансовым.
В-третьих, абсолютно недостаточное выделение средств на природовос-
становление, что является главнььм.
Минеральное сырье составляет около 3/4 объема вовлеченных в
промышленное производство природных ресурсов, из него производится более
90 % продукции тяжелой промышленности и свыше 85 % потребляемой
обществом энергии (горные предприятия, топливная промышленность,
энергетика, черная и цветная металлургия, химическая промышленность,
строительная индустрия и др.). При этом Россия занимает 5-е место в мире по
стоимости готовой продукции добывающих отраслей промышленности из-за
высоких расходов по добыче и переработке полезных ископаемых. Отметим,
что на Урале, весьма богатом минеральными ресурсами, стоимость
разведанных запасов, приходящихся на единицу площади, на порядок выше, чем в
среднем по стране. Их переработка во многом определила основу социально-
экономического развития края со всеми вытекающими отсюда значительными
отрицательными воздействиями на природу, например, накоплены миллиарды
тонн отходов.
Критическая экологическая обстановка на Урале вызвана нарушением
земельных угодий горными разработками, загрязнением атмосферы и вод,
истощением почв и деградацией лесов.
Годовой объем добычи горной массы в регионе составляет около 1 млрд. т,
причем используется только около 30 % этого количества, в том числе 78 %
для получения полезных компонентов, строительных материалов и на другие
цели, более 10 % идет на внутреннее отвалообразование. Остальная горная
масса направляется в отвалы. Более 80 % этих отходов — породы вскрыши,
20 % — отходы обогащения. Из 15 млн. т золошлаковых отходов региона
используется только около 1 %.
Открытые горные работы по добыче полезных ископаемых оказывают
существенное негативное воздействие на экологическую обстановку в этих
районах за счет изъятия из сельскохозяйственного оборота и нарушения
продуктивных земель, а также выброса токсичных компонентов. Это весьма
затрудняет рекультивацию земель, ликвидацию последствий загрязнения,
отравления и заболачивания окружающей местности, нарушения естественного
гидрологического и гидрогеологического режима на прилегающей к
предприятию территории и других отрицательных факторов.
Стратегия освоения месторождений полезных ископаемых должна
одновременно обеспечивать экономическую целесообразность и экологическую
67

безопасность добычи и переработки минеральных ресурсов. Наилучшим
подходом является так называемая экологическая разработка, обогащение
добытых топлива и минералов и утилизация отходов. Отходы, образующиеся,
например, при обогащении угля, фосфоритов, серы, являются перспективным
материалом для строительства дорог, плотин и фундаментов зданий, а также
их можно использовать в качестве компонентов удобрений.
Значительный потенциал для повторного использования отходов существует
в горнодобывающей промышленности. Ее можно превратить в безотходный
процесс путем модернизации операций открытой разработки, сбора и
промышленного использования отходов. Для всех отраслей горнодобывающей
промышленности меры по утилизации отходов следует считать частью
рационального использования земельных ресурсов, так как в России под
всевозможные отвалы, накопители, терриконы занято около 1 млн. га.
Основные задачи в развитии мало- и безотходных технологий в цветной и
черной металлургии заключаются в разработке принципиально новых
направлений, нетрадиционных способов и усовершенствовании существующих
технологии металлургического производства в целях сокращения на всех его
стадиях вредных выбросов и полного использования образующихся отходов.
В процессе переработки руд и концентратов, вредные выбросы находятся в
газообразном, жидком и твердом состояниях. К газообразным составляющим
относятся оксиды серы, углерода и азота, сероводород, сероуглерод и
фтористые газы, хлор и хлористый водород, мышьяковистый водород, аммиак, пары
ртути, аэрозоли металлов, смолистые вещества, различные углеводороды и
многие другие компоненты.
Высокая концентрация природозагрязняющих и природоразрушающих
производств (горнодобывающей, черной и цветной металлургии, химической и
деревообрабатывающей промышленности, машиностроения и др.), морально
устаревшие технологии и отсюда, в частности, постоянные промышленные
аварии, недостаточная и малоэффективная система очистных сооружений,
пылеулавливающих и других установок обеспечили Уральскому региону
первое место в России по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу.
Кислоты (серная, азотная, соляная и др.) и щелочи могут выделяться в
технологических процессах в виде паров или жидких растворов. В виде жидких
растворов, образующихся в шдрометаллургическихпроцессах, выбрасываются
токсичные органические и неорганические соединения, соли тяжелых
цветных металлов, мышьяка, сурьмы, цианиды, ксантогенаты, нефтепродукты и
многое другое. Только в Свердловской области более половины предприятий
цветной металлургии сбрасывают недостаточно очищенные сточные воды в
водоемы и реки.
Твердые отходы выбрасываются в атмосферу в виде пыли или
складируются в отвалы и заводские шламонакопители и, что еще хуже, вывозятся
68

просто на свалки. Пыли разной крупности содержат исходные руды и
концентраты, уголь, известняк, кварцит, различные огарки, а также возгоны легко
летучих элементов — кадмия, цинка, свинца, меди, олова, мышьяка, серы,
селена, теллура, сурьмы и пр. В открытые отвалы, занимающие большие
площади земли, складируются твердые отходы, образующиеся на
металлургических предприятиях в огромных объемах: разнообразные шлаки и шламы,
хвосты и золы, огарки и отстой, различные полупродукты, выбросы
коксохимического производства и другие материалы, являющиеся источником
загрязнения окружающей местности.
Строительство и содержание шламохранилищ и мест складирования,
транспортировка отходов требуют существенных затрат. Одновременно
предприятия вынуждены расходовать средства на ликвидацию неотложных последствий
загрязнения этими и другими отходами окружающей местности. Все эти
далеко неполно перечисленные отходы цветной и черной металлургии создают
серьезную экологическую нагрузку на окружающую предприятия природу. Они
приводят к существенным безвозвратным финансовым расходам, ведут к ос-
ложненрш социальных факторов: ухудшению условий труда, повышению
заболеваемости населения, мешают оздоровлению окружающей среды.
Главным источником загрязнения на земле является транспорт, энергетика
и химическая промышленность. Тем не менее, на металлургию, по этим же
данным, приходится около 10 % загрязнений атмосферы и водоемов.
Рациональное и комплексное использование полиметаллического
минерального сырья является, пожалуй, основным направлением организации
малоотходных производств и обеспечения устойчивого промышленного
развития, уменьшения изъятия земель и решения, таким образом, экологических
проблем защиты природы. И здесь металлургия с ее высокой ресурсоэнер-
гоемкостыо и далеко не совершенными технологиями может сыграть
ведущую роль. При этом горнодобывающую и металлургическую отрасли
промышленности следует рассматривать как единое горнометаллургическое
производство и с точки зрения экологических последствий.
Комплексное использование сырья как одно из наиболее эффекгивных
направлений природоохранной деятельности состоит в экономически оправданном
извлечении ценных составляющих перерабатываемого сырья и использования
других полезных его свойств. Важность и эффективность этой деятельности
обусловлены полиэлементностыо руд практически всех месторождений и
низким содержанием ценных компонентов, а, следовательно, значительными (по
сравнению с другими отраслями) отходами на единицу получаемой
продукции. Имеют место тенденция усложнения условий разработки
месторождений и все большая их отдаленность.
В качестве примера, показывающего, насколько важно комплексно
использовать добываемое сырье, следует отметить, что редкие и рассеянные
69

мты как правило, извлекают только в процессе комплексной переработ-
ЭПеМ6оья' содержащего основные металлы. Руды цветной металлургии, каж-
КИ отдельности, могут стать источником одновременного получения
нескольких металлов.
Степень использования сырья составляет в цветной металлургии в среднем
то 25 %, а в отдельных случаях свыше 60 % (переработка нефелинового
°КГОья). имённо технология получения глинозема из нефелинового
концентрата может служить примером безотходного производства. Получаемую шихту
направляют на спекание и выщелачивание. В результате получают алюминаг-
ный раствор, из которого после обескремнивания и карбонизации (топочными
газами) осаждают гидроксид алюминия; его сушат, прокаливают п получают
глинозем. Маточный раствор направляют на упаривание, из него получают
поташ и соду. Оставшийся после выщелачивания шихты шлам фильтруют,
промывают, сушат и затем направляют на производство цемента.
На получение 1 т глинозема в этом процессе расходуют около 4 т
нефелинового концентрата, от 11 до 13,8тизвестняка, около3 ттоплива (мазута). В
результате получают 0,62-0,78 т кальцинированной соды, 0,18-0,28 т поташа и
9-10 т портландцемента. Эксплуатационные затраты на получаемую готовую
продукцию на 15 % ниже, чем при других способах ее производства. Однако
утилизация шлама на портландцемент может быть осложнена отсутствием
его потребителей, что существенно снижает эффективность технологии и
приводит к интенсивному отвалообразованию.
С максимальной эффективностью задача решается в рамках межотраслевого
взаимодействия и создания потоков вещества максимальной степени
замкнутости. В итоге снижаются удельные техногенные нагрузки на природные
среды. Анализ показывает, что возможно значительное снижение отрицательных
эффектов техногенного воздействия путем утилизации отходов за счет
создания комплексного производства, например цветной металлургии, химии и
промышленности строительных материалов. Вместе с тем технологии
комплексной переработки полезных ископаемых, техногенного и вторичного сырья
позволяют вовлечь в сферу материального производства новые сырьевые
ресурсы страны, в том числе бедные и забалансовые, с попутным
производством, наряду с основными металлами, различных высококачественных
маралов, необходимых как для металлургии, так и для других отраслей
народного хозяйства.
даодТиб0™а Техногеншх о^одав расширяет номенклатуру полезной про-
вышая 4^Maei "* К0НКУР№таыми сырьевыми ресурсами, одновременно по-
^чаетсхГ™0™ п«>одаого сыРья, из которого они получены. В этом
мики как по ГСННОе СЫрК иановится Фактором динамичного развития экяно-
и замены л™ГШаЛМЫЙ источ™к Доходов (с уже вложенным в него трудом^
"=НЫ природных в
70

Ограниченность, невосполнимость; а также нередко уникальность, высокая
стоимость добычи минеральных ресурсов требуют их продуманного, бережного
использования и одновременного обеспечения сырьем нескольких отраслей
промышленности. Комплексное использование сырья приводит к активному
развитию производства, повышению производительности труда,
эффективности капиталовложений и сокращению сроков их окупаемости, одним словом,
является важнейшей составляющей всестороннего развития экономики,
повышения технико-экономических показателей и более эффективного решения
социальных проблем. Вот почему проблемы комплексной переработки
природного и вторичного сырья, отходов потребления, техногенных отходов
составляют важнейшее направление научно-технического прогресса общества.
Отечественными учеными совместно с технологами разработан большой
пакет новых технологий комплексной переработки разнообразных
полиметаллических руд и материалов для цветной и черной металлургии. К сожалению,
они не востребованы промышленностью, хотя ощущается острый дефицит
качественного сырья, а также неуклонно ухудшение экологической
обстановки. Например, обеспеченность металлургии Урала, важнейшего горномегал-
лургического региона России, товарным железорудным сырьем составляет
около 30 %, медным концентратом — 40, цинковым — 75,
никель-кобальтовыми рудами — 30-45 %, практически нет хрома и марганца.
Ощущается острая нехватка кокса и других материалов, необходимых для
металлургических технологий. Вместе с тем на Урале производится свыше
40 % российского чугуна, почти весь ванадий, добывается более 70 %
бокситов и калийных солей, около 20 % железных руд, значительные объемы медно-
цинковых руд, золота и других ископаемых. Исторически это привело к тому,
что горнометаллургический комплекс определил специализацию Уральского
региона и формирование всей уральской промышленности. Только на Среднем
Урале доля отраслей горнометаллургического комплекса составляет 49 % всей
промышленности. И вот здесь новые технологии могли бы сыграть свою
важнейшую роль как для дальнейшего развития металлургических производств с
одновременной активизацией социально-экономического развития областей и
республик Урала, так и для экологической безопасности окружающей среды.
Многие новые невостребованные технологии предусматривают замкнутые
системы водопользования на металлургических предприятиях, отличающихся
громадном водопотреблением. Замкнутое водоснабжение существенно
снижает удельный расход воды и образование загрязненных сточных вод.
Значительное сокращение расхода воды может быть достигнуто путем:
• применения испарительного охлаждения (с парообразованием)
металлургических печей и кристаллизаторов машин для непрерывного литья заготовок,
что позволит сократить потребление воды в 50-60 раз;
71

• совершенствования способов охлаждения прокатного оборудования и
металла- замены малоэффективного способа охлаждения с помощью
перфорированных труб форсуночным охлаждением, что позволит в ряде случаев
сократить потребление воды на 20-30 %;
• использования электроприводов к воздуходувным машинам и компре ссорам
воздуходувных и кислородных станций, что позволит исключить весьма
существенный расход воды на конденсацию пара паротурбин;
• применение для некоторых агрегатов и сред воздушного охлаждения:
• максимального внедрения бескислотных методов травления металла;
• внедрения сухих методов очистки газов, пневмотранспорта пыли, ее оком-
кования и утилизации на агломерационных фабриках.
В условиях нынешнего всеобъемлющего спада производства во всех
отраслях промышленности вследствие разрыва традиционных
производственно-экономических связей трудно ожидать в обозримом будущем
эффективного использования этих новых технологии. Здесь же уместно отметить, что
сегодня, к сожалению, отсутствуют экономический и правовой механизмы
природопользования. Отсюда — издержки стратегического характера:
истощение природных ресурсов, высокая ресурсоемкость производства с
одновременным ухудшением состояния окружающей среды.
Тем не менее, следует считать, что основным направлением эффективного
природопользования является применение ресурсосберегающих и
малоотходных технологий производства, обеспечивающих комплексное исполь-
зование сырья и других материальных ресурсов. Применительно к российской
экономике целесообразна переориентация предприятий с расширенного
использования топливно-энергетических и сырьевых ресурсов и реализации их в
качестве недорогой товарной продукции (что имеет место) на интенсивную их
переработку и утилизацию на основе новейших (малоотходных) технологий с
получением и реализацией дорогостоящей конкурентно способной конечной
продукции. Следует торговать не ресурсами (что дешево), а изделиями, что
несравненно экономически выгоднее и одновременно обеспечивает стране
научно-технологическую и экономическую безопасность. Эту ориентацию
целесообразно стимулировать льготным налогообложением предприятий,
выпускающих продукцию из отходов производства н вторичных ресурсов с
применением малоотходных н безотходных технологий.
Существенную роль в деле организации рационального использования
природных ресурсов и переработки техногенных образований могут сыграть
социально-промышленные комплексы и крупные промышленные центры как
индустриальная основа развития регионов в отечественной экономике. Главное
внимание должно уделяться качеству жизни населения, проживающего на
территории комплексов, восстановлению и охране окружающей среды.
72

В машиностроении и металлообработке главная задача — уменьшение
потерь металла (в стружку и др.) при обработке изделий, достигающих 30 % их
первоначальной массы. Огромное значение имеют внедряющиеся экологически
безопасные методы обработки металлической поверхности. Это
обезжиривание в тлеющем разряде, удаление окалины и поверхностных пленок
дробеструйными и подобными способами, нанесение термонапылением покрытий и т.
д. Эти приемы исключают появление токсичных и агрессивных стоков —
обезжиривающих, травильных, гальванических и др. При обработке покрытии
металлов в ряде случаев обеспечивается широкая регенерация их вместе с
рециклированием других компонентов электролитов, регенерация травильных
кислот и рециркуляция промывочных вод. Многообещающей является замена
кислот при поверхностной обработке металлоизделий.
Рациональное потребление ресурсов и охрана окружающей природы могут
быть осуществлены при реализации следующих решений:
• замыкание в цикле стоков, выбросов, энергетических ресурсов. Это
направление связано с определенными затратами, но позволяет значительно
уменьшить потребление первичных ресурсов и сократить выбросы;
• утилизация твердых отходов. Позволит уменьшить неблагоприятные
воздействия отвалов, сокращает затраты, связанные с содержанием отвалов и
отчуждением земель. Кроме того, использование вторичных ресурсов одного
производства приводит к сокращению потребления первичных ресурсов
другими отраслями, исключает экологические последствия строительства
карьеров, обогатительных фабрик, предприятий по переработке первичного сырья;
• изменение технологии основного производства — главный путь при
создании безотходных технологий. Он может быть осуществлен на разных
уровнях:
• повышение профессионального уровня и культуры эксплуатации
производства; — реконструкция и техническое перевооружение производства;
• создание принципиально новых ресурсосберегающих, безотходных
производств, отличающихся высоким уровнем инженерного, экономического и
экологического совершенства;
• выпуск продукции принципиально нового качества. Это предполагает
изготовление более долговечных изделий, не нуждающихся, поэтому, в частой
замене, создание механизмов и машин, работающих при малом удельном
расходе сырья и энергии, оказывающих в силу особенностей конструкции
минимальные неблагоприятные воздействия на природные системы;
• экономия ресурсов.
Указанный пугь в определенной мере связан с направлением изменения
технологии основного производства и имеет наиболее универсальное значение.
Применение более экономных методов работы предполагает определенные
затраты, но они существенно меньше, чем на производство дополнительного
73

сырья. Прямая экономия в одном производстве в большинстве случаев
на со значительно большим эффектом у смежников в предшествующих с р
евых переделах. Это в особенности относится к бытовой продукции, маш
строению и радиоэлектронике. Например, чтобы обеспечить электроэнер
всего одну семью B000 кВт-ч в год) в условиях Урала, надо добыть ок
1,5 т энергетического угля и оставить в отвалах 5,5 т пустой породы, перев
ти его почти на 2000 км, сэкечь, израсходовав 3 т кислорода и выбросив <Л
золы и 4 м3 грязных сточных вод. Перерасход в машиностроении I т метал
означает добычу лишних 4 т руды, 1 т извести и коксующихся углей, 5 т
энергетических углей, образование 25 т пустой породы, 1,6 т шлаков, 2 т зольных
отвалов, перерасход 10 т кислорода и 65 м3 воды. Даже при изготовлении
миниатюрного микрокалькулятора образуется 0,5 т отходов.
Представляется важным использование какого-либо критерия экодогичности
технологических процессов, хотя сложность современного производства
делает весьма трудным поиск единого универсального экологического
критерия. Можно говорить как о специфических инженерных, экологических и
экономических критериях, так и об имеющих особое значение системных
критериях, позволяющих оценить качество технологии.
К инженерным критериям относятся:
• доступность сырья;
• возможность создания установок большой единичной мощности;
• гибкость и простота управления;
• высокий уровень механизации и автоматизации;
■ привлекательность для обслуживающего персонааа.
Экологические критерии совершенства:
• возможность комплексной переработки сырья;
• создание замкнутых циклов;
• малое количество отходов и возможность их квалифицированного
использования.
Экономические критерии:
• низкие расходные коэффициенты;
- низкие капитальные удельные затраты;
. высокая производительность труда.
К системным показателям универсального значения относятся-
- надежность и безаварийность, позволяющие увеличить срок служ^, «г
ключи* перерасход сырья, недовыработку продукции » залповые выбоосы
токсичных веществ при авариях, а также перерасход ре ™Ч™«
. ,„ mrtm« .танию аварии в период остановок и пусков: РУ ' энеРгин
на ликвидацию аварии в период остановок и пусков;
. высокое качество и универсальность продукции, позволяют;
максимального эффекта у потребителя включая и эколовдескнй;
74

• высокая селективность процессов, обеспечивающая минимальные
расходы сырья и минимальные выбросы, получение высококачественных целевых
продуктов:
• малооперационность и комбинирование технологических процессов,
повышающие за счет сокращения числа стадий процесса его надежность,
снижающие образование отходов на промежуточных стадиях;
• наличие резервов интенсификации; гибкие технологические решения
позволяют при относительно небольших затратах использовать последние
достижения научно-технического прогресса, резко улучшающие экологические,
экономические, инженерные характеристики процесса, аппарата, производства.
В любом случае внедрение безотходных технологий требует
нетрадиционного подхода, изменения системы мышления, необходимости преодоления
психологических барьеров и стереотипов, препятствующих поиску новых
решений.
Общим направлением в работе по внедрению безотходных технологий для
всех отраслей народного хозяйства является резкое уменьшение, а в
перспективе и полное уничтожение любых отходов. По количеству отходов,
образующихся в том или ином технологическом процессе, можно в значительной
мере судить об эффективности использования сырья. В то же время
количество образующихся отходов является одним из основных факторов,
определяющих масштабы вредного воздействия производства на окружающую
среду. Иначе говоря, объем отходов служит показателем экологичности
технологического процесса. Кроме количественной оценки технологических отходов,
возникает необходимость оценки степени токсичности компонентов отходов и
определения их опасности для окружающей среды.
Известные из литературы варианты оценки экологичности технологических
процессов учитывают только количество отходов или количество и
токсичность отходов одного вида, обычно жидких или газообразных. Методики,
позволяющей с учетом количества и качества всех отходов оценить
экологическое совершенство технологии пока нет. Экономическая оценка эффективности
безотходных технологий заключается в определении экономического эффекта
от утилизации и переработки отходов на всех стадиях включая и другие
отрасли, а также в расчете предотвращенного ущерба окружающей среде на
основе сопоставления безотходных технологий и предприятий с традиционной
технологией.
Эффективность безотходных технологий должна стремиться к максимуму,
определяемому как
y->max[(£3-yKj B.1)
75

где Э — сумма всех эффектов; У—размер ущерба от загрязнения
окружающей среды отходами; Зп — затраты на осуществление безотходного
производства.
Известно также, что при разработке новых технических решений, которые
должны отвечать всем необходимым требованиям к качеству выпускаемой
продукции и производительности, необходимо удовлетворять все экологические
требования.
Соответствие оптимального технического решения экологическим
требованиям оценивается экологическими и ресурсосберегающими
показателями, которые и являются критерием выбора оптимального технологического
решения.
Ими являются:
• содержание вредных веществ в сбрасываемых водных и газообразных
потоках;
• удельные затраты исходных материалов на единицу произведенного
продукта;
• термический КПД установки, характеризующий тепловое загрязнение
окружающей среды и эффективность использования тепловых ресурсов;
• суммарное токсическое и тепловое воздействие одной технологической
установки на окружающую среду, характеризуемое количеством выбросов в
единицу времени.
Математические методы определения влияния различных источников
загрязнений на состояние окружающей среды применяют, когда прямые
замеры затруднены или этих данных недостаточно.
Рациональное использование отходов — одна из важнейших задач
рационального использования природных ресурсов и охраны природы. Отходы
как вторичные ресурсы — полуфабрикат, из которого проще и дешевле
изготовить конечную продукцию. Конечно, их использование требует как подготовки
самих отходов, так и изменения основного производства. Решение этих
вопросов невозможно без создания банка о количествах отходов, их качестве и
стабильности этого качества, об изучении возможных связей в данном регионе,
без оценки возможности смежных производств.
Когда отходы становятся товарным сырьем, они, должны соответствовать
определенным техническим требованиям. На предприятии появляются новые
товарные продукты. Возникает необходимость изменения технологии, так как
приходится оптимизировать производство уже не одного, а нескольких
продуктов. Для изготовления товарной продукции требуется специальная обрабопса
отходов. К способам такой обработки может быть отнесена сушка шламов,
брикетирование, в ряде случаев — специальная термическая обработка.
Требуется изменение технологии переработки сырья, тщательный анализ возмож-
76

ных вариантов. Иногда оказывается оправданным введение новых переделов
для обращения отходов в товарные продукты. Во всех случаях необходимо
решение транспортных задач, строительство складских помещений,
установление систем цен, выгодных и для изготовителя, и для потребителя.
Возможны различные варианты использования отходов. Проблема может
быть решена, если метод их применения позволяет утилизировать их в
количествах, сопоставимых с ресурсами. Не следует привлекать экзотические
дорогие варианты, позволяющие утилизировать лишь незначительную часть
отходов. Например, пиритные огарки содержат значительные количества
оксидов железа и цветных металлов. В принципе их можно переработать, выделяя
все основные компоненты, но это настолько сложное производство, что
оправданным оказывается использование огарков в качестве компонента
сырьевой смеси для изготовления цемента.
Реальное внедрение элементов безотходных технологий началось не с
основной технологии, а с реконструкции водного хозяйства в целях создания
замкнутых бессточных систем на промышленных предприятиях, промузлах и
экономических районах. Это объясняется возможностью обособления воды от
основного производства и обработки ее в отдельных комплексах, наличием
основного количества (более 80 %) загрязнений именно в сточных водах, и
имеющимися технологическими наработками (о чем подробно будет сказано
ниже).
Для организации малоотходных и безотходных промышленных производств
исключительное значение имеет кооперирование предприятий различных
отраслей промышленности. Наиболее благоприятные возможности для
кооперирования создаются в условиях территориально-промышленных комплексов
(ТПК), где планово формируется совокупность взаимосвязанных и
взаимообусловленных пропорционально развивающихся объектов различных
отраслей народного хозяйства. Эти объекты созданы для совместного решения одной
или нескольких определенных народно-хозяйственных проблем, выделяются
объемами производства и четкой специализацией в масштабах страны и
своего экономического района. Они сконцентрированы на ираниченной,
обязательно компактной территории, обладающей необходимым набором и
количеством ресурсов, достаточных для решения соответствующих заданий. Кроме
того, они эффективно (с позиций народного хозяйства) используют местные и
полученные извне ресурсы, обеспечивают охрану окружающей среды, имеют
единую производственную и социальную инфраструктуры.
При развитии промышленности в отдельных регионах страны некоторыми
предприятиями не всегда соблюдаются должные меры по охране
окружающей природной среды. В рамках ТПК складываются благоприятные условия
для комплексного использования сырья и для организации производства та-
77

ким образом, чтобы отходы одних предприятий полностью использовались
другими предприятиями. Экономические преимущества при правильном и
оптимальном развитии промышленного производства допускают выгодное и
целесообразное транспортирование отходов на относительно небольшие
расстояния в пределах ТПК, что облегчает решение многих вопросов, связанных
с территориальным размещением предприятии.
Комплексное развитие ТПК осуществляется путем постепенной организации
связанных друг с другом производств, при которой продукция одного
предприятия становится сырьем или полуфабрикатом для другого. При этом
происходит совершенствование отдельных производств в целях сокращения
потребления энергии, воды, а также повышения производительности труда и
увеличения комплексности переработки первичного сырья. Создание малоотходных
и безотходных ТПК является важным направлением развития народного
хозяйства, рационального использования природных ресурсов и сохранения
экологического равновесия.
Коренное изменение технологии дает крупный технико-экономический
эффект, а достигаемый попутно экологический эффект — естественное
следствие нового уровня производства. Охрана природы не является
единственной целью. Главная цель — создание совершенной технологии, а
рациональное использование ресурсов и охрана природы — основной признак се
совершенства.
Понятно, что реальное внедрение безотходных технологий обусловливает
создание принципиально новых технологий, сооружение новых основных
фондов и, может быть, самое трудное, воспитание новых кадров. Это требует
огромных средств, усилий и времени, поэтому эйфория 80-х годов сменилась
сдержанностью 90-х. Безотходные технологии никто не отрицал, но и
повсеместно их перестали рекомендовать. Однако направление — использование
отходов производства и потребления — успешно развивается.
2.2. КОНЦЕПЦИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ
В 70-90-е годы во всем мире рассматривались вопросы устойчивого
развития общества, которые были обобщены на Конференции ООН по окруж
ющей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992). Под устойчивым развитии*
понимался такой прогресс человечества, который обеспечивал бы необход
мый баланс между решением социально-экономических проблем и сохран^
нием окружающей среды во благо нынешнего и будущих поколений люд ■
Важно, что при этом экономический рост достигается не за счет разруше
биосферы и того, что принадлежит будущим поколениям. В противном случ
человечество ожидает неизбежная, экологическая катастрофа. Устоичи
развитие как развитие, обеспечивающее равенство интересов настояшег
78

будущих поколений, должно удовлетворять определенным социальным,
экономическим и экологическим требованиям.
Международная общественность обратила внимание на глобальную проблему
человечества, связанную, с одной стороны, с ограниченностью ггриродно-ре-
сурсного потенциала и, с другой ■— с необходимостью обеспечения
экономического роста в масштабах, покрывающих потребности все возрастающего
населения. Констатировано, что основа устойчивого развития общества в
долгосрочной перспективе состоит в обеспечении сбалансированного решения
социально-экономического развития общества с сохранением благоприятного
состояния окружающей среды и природно-ресурсного потенциал в целях
удовлетворения жизненных потребностей нынешнего и будущих поколений.
В Декларации Конференции ООН по среде обитания человека, принятой в
Стокгольме, постулированы три основных документа:
1. Декларация, в которой провозглашены основные принципы. Пять из них
посвящены правам человека, роли женщины, молодежи и местных общин, а
также интересам народов, живущих в условиях угнетения. Еще три принципа
шасят о необходимости поддержания мира и мирного решения споров. Семь
принципов касаются устойчивого развития, а все остальные затрагивают
политику государств и международное сотрудничество в области охраны
окружающей среды и регулирования использования природных ресурсов.
2. Повестка дня на XXI в. Содержание ее включает четыре раздела:
социальные и экономические аспекты; сохранение и рациональное использование
ресурсов в целях развития; укрепление роли основных групп населения;
средства их осуществления.
3. Документ под названием «Не имеющие обязательной силы заявления с
изложением принципов для глобального консенсусав отношении рационального
использования, сохранения и освоения всех видов лесов». В нем собраны в
виде компактных формулировок известные положения о том, что леса надо
эксплуатировать разумно и бережно, своевременно восстанавливать и
защищать, поскольку они являются одним из ключевых компонентов материковых
экосистем, играют большую роль в формировании благоприятного климата.
Отмечено, что «экология без экономики — это всеобщая нишета». Поэтому
широкое признание получили сформулированные на конференции принципы
устойчивого развития:
* экономическое развитие в отрыве от экологии ведет к превращению
планеты в пустыню;
* упор на экологию без экономического развития закрепляет нищету и
несправедливость;
* равенство без экономического развития означает нищету для всех;
79

• экология без права на действие становится частью системы порабощения;
право на действия без экологии открывает путь коллективному и равно
касающемуся всех самоуничтожению.
Существуют и другие мнения о компонентах устойчивого развития. Так, акад.
Н. Н. Моисеев предлагает свою триаду в теории устойчивого развития:
1) природные условия и ресурсы, доставшиеся нам от предков; 2)
экологическая структура; 3) культура общества, включающая в себя образование,
духовный мир человека и идеалы нации.
Социально-экономический аспект требованийкмодели устойчивого развития
предопределяет реализацию в глобальном масштабе комплекса мер,
направленных на борьбу с нищетой, изменение структуры потребления; регулирование
роста населения; сохранение здоровья человека; содействие устойчивому
развитию регионов; международное сотрудничество в области охраны
окружающей среды; учет экологических требований при принятии социальных и
экономических решений.
Экологический аспект устойчивого развития предполагает широкий круг мер,
направленных на защиту окружающей среды и рациональное использование
природных ресурсов: атмосферы, земельного и водного фондов; борьбу с
опустыниванием и засухой; сохранение биологического разнообразия; экологически
безопасное применение биотехнологии и токсичных химических веществ;
решение проблемы отходов. Реализация указанных требований должна
обеспечить динамическое равновесие в развитии, позволяющее снять известные
противоречия между потребностями общества в природных ресурсах и
возможностями их удовлетворения при сохранении природноресурсного потенциала.
[хндикаторами, характеризующими этапы перехода и степень приближения
к модели устойчивого развития, могут служить:
• уровни снижения антропогенной нагрузки на природную среду отдельных
регионов, стран, континентов и планеты в целом;
• масштабы реальных позитивных результатов решения проблемы
сохранения и восстановления природных комплексов, отдельных видов природных
ресурсов, улучшения среды обитания человека;
• размеры уменьшения диспропорций между объемами совокупного
национального богатства, приходящимися на долго различных социальных групп»
слоев населения, регионов и т;
• объемы возрастания совокупного национального богатства страны при соо-
людении оптимальных пропорций между такими его элементами, как
окружающая среда, природные ресурсы, национальное имущество, квалификация
работающих, духовные ценности.
Критерий оптимальности названных пропорций будет зависеть от выбранной
концептуальной схемы (основополагающей идеи) устойчивого развития. В
случае если концептуальная схема будет строиться на принципах экологизации
80

хозяйственной деятельности, то устойчивое развитие, в конечном счете,
сведется к увеличению удельного веса национального имущества и,
следовательно, трансформируется в модель экономического роста. Если в качестве
концептуальной схемы будет выступать сохранение биосферы и локальных
экосистем, то рост национального имущества будет сталкиваться с
ограничениями, предполагающими формирование оптимальных потребностей для
будущих поколений. И, наконец, если в качестве концептуальной схемы будет
выступать проблема формирования ноосферы, то при сохранении указанных
ограничений дополнительно должны действовать требования увеличения
удельного веса таких социальных элементов национального богатства, как
квалификация работающих и духовные ценности.
В основу концепции устойчивого развития положена идея
динамично-сбалансированного развития триады — экономика, природа, общество. При этом
масштаб и характер мер, обеспечивающих необходимый динамизм и
сбалансированность, определяются в каждом конкретном периоде стартовыми
условиями через показатели и параметры, характеризующие текущее состояние
данной триады.
Известно, что процессы развития в отличие от других изменений
характеризуются наличием трех свойств: необратимостью, направленностью и
закономерностью изменений, в результате чего и появляется все новое.
В результате мировое сообщество и его составные части — регионы —
обеспечивают равновесие условий жизни, функционирования хозяйственных,
социально-экономических, экологических систем, триады человек — природа
общество.
В последние два десятилетия XX века мировая экономика развивалась в
целом успешно. Экономические показатели развития свидетельствуют о том,
что мир, перейдя к инновационному типу развития, в целом процветает. За
десятилетие A980-1990 гг.) объем производства материальных товаров и
услуг увеличился примерно на /5. Валовой внутренний продукт мира увеличился
с 1980 по 1990 гг. с 15 до 20 трлн. долл. (в ценах 1990 г.). В 1994 г. он составил
уже более 24 трлн. долл.
За 1981-1990 гг. среднегодовой показатель роста экономики мира составил
2,8 %. Ощутимый вклад в высокие темпы развития вносят страны Юго-
Восточной Азии и Китай, в которых годовой рост экономики в середине 90-х
годов составлял 5-12 %. С 1996 г. начались положительные изменения и в
странах с переходной экономикой. В 1996 г. годовой показатель роста у них
был равен уже 2 % в сравнении с 15 % падения в 1992 г. Экономический
прирост сопровождался созданием миллионов новых рабочих мест. За 1980-1995 гг.
экономически активное население, мира увеличил ось примерно на 0,5-
0,6 млрд. человек, однако уровень безработицы не возрос. Значительно повыси-
81

лось и качество жизни населения планеты исходя из объемов товаров и услуг,
производимых в расчете на одно жителя земли.
В России в последние годы термин «устойчивое развитие», как и
всевозможные программы устойчивого развития, стал широко распространенным и
потому несколько обесцененным и расплывчатым. Надежды на
саморегулирование развития российской экономики при открытии шлюзов рыночных
отношений оказались тщетными. Превалирует мнение не только о
целесообразности, но и необходимости государственного регулирования
социально-экономического развития страны как на макроуровне, так и мезоуровне и даже
территориальном микроуровне. Диспропорции в хозяйственном комплексе,
уровне жизни населения России столь велики, что грозят целостности страны и
устойчивости национальной экономики как системы.
Бесспорно, приоритетом регулирования макропропорций национальной
экономики является решение общероссийских проблем. Однако для условий
России с ее площадью в 17 млн. км2 и населением в 145 млн. человек
чрезвычайно ваяшыпропорхшимеяфегиональныеиЕнутрирегиональныс. Цели
регионального развития не сводятся только к целям рыночной экономики получению
прибыли. В них содержится, прежде всего, многовековое стремление
человечества к возобновлению, воспроизводству жизни но в улучшенных условиях.
А это предопределяется пропорциями развития хозяйства территории,
которые регулируются региональными властями и органами местного
самоуправления. Их миссия состоит в следующем:
• поддержание сферы жизнедеятельности человека, качества жизни на
конкретной территории;
• устранение несбалансированности хозяйства, кризисных явлений на
территории с позиций условий жизни, эффективной структуры мест приложения
труда, обеспечения рациональной занятости населения как основного
источника его доходов;
• поддержание на территории самоокупаемой экономики, ее роста как базы
воспроизводства населения и т.д.
Своеобразие экологической обстановки в нашей стране состоит в том, что в
течение ряда лет хозяином всего в стране было государство, подчинявшее
глобальным политическим амбициям всю экономическую и социальную
политику. При этом экологические вопросы во внимание не принимались, а
проводился курс на ускоренное изъятие природных богатств. В результате
отсутствие ответственности и чувства хозяина у населения страны и, в силу
этого, хищническое отношение к природным ресурсам. Промышленное
строительство проводилось колоссальными темпами. Низкую эффективность
сельского хозяйства пытались компенсировать значительным расширением
посевных площадей, массовым неквалифицированным применением удобрений и
82

ядохимикатов, а также природоразрушающих технологий мелиорации.
Милитаризация экономики и резкий перекос промышленности, особенно в
последние десятилетия, б сторону военно-промышленного комплекса привели к
резкому торможению обновления основных производств и социальной сферы.
Результатом этого явилось старение основных фондов, повышение их
неблагоприятных воздействий на природу.
Принимались волюнтаристские, экологически неоправданные дорогостоящие
решения (каскады гидроэлектростанций на равнинных реках, перекрытие Кара-
Богаз-гола, ЦБК на Байкале, планы поворота северных рек, ленинградская
дамба и др.).
Экологическое воспитание отсутствовало, а экологические проблемы,
существующие в стране, замалчивались. В результате деятельности человека в
районе ряда крупных городов многократно превышены фоновые концентрации
многих токсичных веществ. Так, в Свердловской области это относится к Ревде
и Первоуральску, Красноуральску и Кировграду, Нижнему Тагилу и
некоторым другим. Почвы в районе бытовых и промышленных свалок насыщены
свинцом на порядок выше допустимых концентраций, атакже цинком,
кадмием и другими тяжелыми металлами. Объемы свалок твердых отходов
известны лишь приблизительно, как и территории, занятые этими свалками. В
производстве и накоплении твердых отходов в расчете на душу населения России:
Вид отходов Накоплено^ Образуется ежегодно, т
Горная порода 53 176
Золошлаки 0,27 3,5
Галит 0,25 22
Фосфогипс 0,06 0,47
Отходы черной металлургии 0,4 2,8
Отходы цветной металлургии 0,5 1,4
На душу населения накапливается ежегодно 0,5-0,7 т бытовых отходов. Из
них перерабатывается не более 3 %. Накоплено более 1 млрд. т металлолома.
И таких примеров много.
Всероссийский съезд по охране природы (июнь 1995 г.) рассмотрел концепцию
перехода России на модель устойчивого развития. Заметим, что идея
устойчивого развития как гармоничное сочетание жизненных интересов людей и
разумного расходования природных ресурсов уже давно обсуждалась нашими
отечественными учеными (В. И. Вернадский, К. Э. Циолковский, Д. И.
Менделеев и др.). В 1995 г. Правительственная комиссия по окружающей среде и
природопользованию Минэкономики России с участием заинтересованных
министерств и ведомств опубликовала концепцию перехода Российской
Федерации на модель устойчивого развития.
83

В обобщенном виде эта концепция должна исходить из последовательной
реализации взаимосвязанных основополагающих идей:
• экологизация хозяйственной деятельности в процессе увеличения в
структуре национального богатства удельного веса национального имущества,
обеспечивающего шдцерэкание необходимого экономического роста страны и
решение наиболее острых социальных проблем;
• сохранение и восстановление биосферы и ее локальных экосистем при
ограничении роста природоемких элементов национального имущества и
усилении ориентации на разумные потребности будущих поколений с учетом
состояния природно-ресурсного потенциала;
• формирование ноосферы на основе реализации двух предыдущих концеп-
ту&чьных схем развития и обеспечение роста национального богатства
преимущественно за счет повыщения хсвалификации работающих и возрастания
духовных ценностей.
Такая последовательность определяется современной
социально-экономической и экологической ситуацией и возможностью трансформировать
концептуальные положения в реальный национальный план действий. Излагаемая
концепция должна рассматриваться как исходное направление действий для
формирования такого плана, в котором в конкретной и конструктивной форме
должны раскрываться целевые ориентиры и механизмы развития на
ближайший период и перспективу, обеспечивающие поэтапную реализацию
поставленной задачи и позволяющие осуществить в итоге переход Российской
Федерации на модель устойчивого развития. Это длительный" процесс, и
обеспечить развитие в рамках этой модели можно лишь при учете интересов
нынешнего и будущего поколений. В процессе перехода будут меняться не только
интересы общества» но и само представление об устойчивости развития.
В рамках сегодняшних представлений реализация концепции перехода к
модели устойчивого развития может быть осуществлена в три этапа. На нервом
этапе с 1996 по 2000 год—следовали первоочередные задачи, связанные с
переходом к модели устойчивого развития и состоящие в основном в
преодолении нынешней кризисной ситуации в социально-экономической сфере,
создании надлежащей, нормативно-правовой базы по экологизации производства
и других сфер деятельности общества. Эти задачи выполнены лишь
частично. На втором этапе — с 2001 по 2015 год — возможна реализация ряда
элементов устойчивого развития в рамках экологизации процесса
социально-экономического развития России, что позволит в основном осуществить выход
на нормативный уровень состояния окружающей среды. На третьем этапе —
2016 — середина XXI века — должна решаться проблема гармонизации
развития общества, экономики и биосферы на планете Земля. Данный этап
следует рассматривать как весьма условный период, дающий самые общие пред-
84

ставления о развитии России в будущем, при условии, что процесс
устойчивого развития будет реализовываться в соответствии с мероприятиями,
предусмотренными на двух предыдущих этапах.
Рассматривая состояние экономики РФ, следует отметить, что за
последние годы существенно снизились объемы валового внутреннего продукта,
производства промышленной и сельскохозяйственной продукции, капитального
строительства. Значительный спад производства и другие кризисные
процессы усугубили структурные диспропорции в экономике, обусловили снижение
экономической эффективности. Произошло дальнейшее «утяжеление»
структуры промышленности, ослабла социальная направленность производства.
Увеличилась аварийность в промышленности и на транспорте во многом из-за
старения основных производственных фондов.
Пока не достигнута одна из основных целей перехода к рыночным
отношениям: более тесная привязка структуры производства к структуре
спроса, хотя наметились некоторые позитивные сдвиги в этом направлении.
Тормозом активных структурных преобразований является неблагоприятный
инвестиционный климат, несовершенное и нестабильное законодательство,
недостатки в системе приватизации.
Развитие кризисных явлений в экономике усугубляется неотлажешюстью
хозяйственного механизма. В наиболее яркой форме это проявляется в
проблеме неплатежей, решение которой, равно как и финансового оздоровления
экономики, в целом должно было стать одной из ключевых задач первого
этапа перехода к модели устойчивого развития.
На современном этапе развития российского государства социальные
проблемы, подлежащие решению в рамках концепции устойчивого развития,
обострились.
Рост цен на потребительские товары и услуги определил «объединение»
населения России, что стало причиной значительного увеличения расходов на
продовольственные товары по всем группам семей с различным уровнем
среднедушевых расходов, ограничило спрос на непродовольственные товары и
услуги, обусловив в целом негативные изменения в уровне жизни населения,
особенно у малообеспеченной его части. На высоком уровне остается
дифференциация доходов различных групп населения.
За последние годы значительно обострилась ситуация на рынке трупа, в
результате чего возросла угроза массовой безработицы. Тревогу вызывает
сокращение численности занятых в наукоемких и социально ориентированных
отраслях промышленности. Фактором дальнейшего ухудшения ситуации на
рынке труда является наличие скрытой (потенциальной) безработицы.
Глубокий кризис переживает жилищное строительство из-за сокращения
финансовых возможностей государства и большинства населения. Необходимость
85

обустройства беженцев, военнослужащих и части северян дополнительно
обострила жилищную проблему в России.
Кризисные явления в экономике существенно затронули систему образования.
Это проявилось в дальнейшем ухудшении материально-технической базы
образовательных учреждений, росте социальной незащищенности
преподавателей, снизился уровень экологического образования.
Из-за кризисного состояния экономики и ужесточения бюджетных огра-
ничений возникли предпосылки дальнейшей деградации деятельности системы
здравоохранения и состояния здоровья населения. Увеличилось число
заболеваний, непосредственно связанных с обострением экологической обстановки
в ряде городов и районов.
Экологическая ситуация в России уже многие годы остается далеко
неблагополучной. Неоправданно высокие выбросы загрязнений в окружающую
среду и нерациональное природопользование, наряду с сырьевой ориентацией
экспорта, во многом обусловливают приближение экологического кризиса в
ряде регионов. Уровни загрязнения воздуха в 86 городах общей численностью
населения около 40 млн. человек зачастую превышают допустимые нормы в
10 и более раз. Не отвечает установленным требованиям около V, проб воды
из водоемов России, используемой для питьевого водоснабжения, свыше 75 %
отходов производства имеют разную степень токсичности. Значительные
площади земель подвержены водной, ветровой эрозии, загрязнены азотными
соединениями, тяжелыми металлами, болезнетворной микрофлорой. Все это
привело к увеличению загрязнения продуктов питания в концентрациях,
опасных для здоровья.
Общее требование к модели устойчивого развития — обеспечение
гармоничного сочетания социально-экономических и экологических приоритетов
развития общества в настоящем, среднесрочной и долгосрочной перспективе.
При этом существенно то, что, несмотря на экологическую ориентацию,
проблема устойчивого развития остается в целом социальной и экономической.
В соответствии с моделью устойчивого развития такие цели, как
достижение устойчивого экономического роста, сохранение природных комплексов,
устранение социальной несправедливости являются для общества во многом
взаимодополняющими, хотя приоритеты каждой из них в разные периоды
могут меняться. Последнее определяется тем, что устойчивое развитие —
понятие динамичное, и на каждом этапе может существенно меняться
представление о нем. Поэтому зафиксировать общее представление об устойчивом
развитии можно только на концептуальном уровне. Сам же процесс перехода
на модель устойчивого развития будет в определенном смысле перманентным,
и, по сути, должен осуществляться непрерывный переход от од ной версии
модели к другой. Развитие общества по каждой из этих версий будет пред-
86

ставлять собой процесс устойчивого развития, удовлетворяющий
требованиям текущего периода и возможностям развития в будущем.
Основными требованиями перехода к модели устойчивого развития в
России на ближайший период являются оживление экономического развития с
приданием ему нового качества, обеспечивающего сохранение природно-
ресурсного потенциала, удовлетворение основных потребностей в
трудоустройстве, продуктах питания, чистой воде и энергии. Для реализации этих
требований необходимы интеграция и гармонизация экономических, социальных
и экологических аспектов процесса принятия решений на всех уровнях. В
ближайшей перспективе основной целью осуществления перехода к модели
устойчивого развития должно стать завершение социально-экономической
перестройки общества, а важнейшим средством ее достижения структурная
перестройка.
Для оценки степени приближения к модели устойчивого развития и
эффективности, выбранных для этого средств должны устанавливаться
целевые ориентиры и ограничения и определяться процедуры общественного
контроля за их достижением. Целевые ориентиры должны быть выражены в
показателях, характеризующих качество жизни, уровень экономического
развития и экологическое благополучие в динамике. Причем, несмотря на свой
комплексный (системный) характер, эти показатели должны быть достаточно
просты и сопоставимы с показателями, применяемыми международным
сообществом.
Ограничения в рамках модели устойчивого развития могут выражаться в
тех же единицах, что и целевые ориентиры, однако количественные их
значения не должны превышать пороговые уровни. Эти показатели должны
характеризовать те уровни, при которых возможно обеспечить безопасное
развитие России в экономическом, социальном, экологическом, военном и любом
ином аспекте.
Среди показателей, характеризующих качество жизни с позиций устойчивого
развития, ммуг быть названы: продолжительность жизни человека
(ожидаемая при рождении и фактическая); уровень знаний и образовательных
навыков; доход, измеряемый величиной ВВП на душу населения; уровень
занятости. Одной из серьезных характеристик качества жизни и социальной
защищенности граждан мог бы служить показатель, отражающий размеры их
собственности, в частности доля национального богатства, находящаяся в
собственности гражданина, а также наиболее обеспеченных и малообеспеченных
групп населения.
Достижение определенного уровня экономического развития в соответствии
с настоящей концепцией рассматривается не как самоцель, а как средство
достижения социального развития и экологической безопасности российского
общества. С учетом этого принципа для экономической сферы формируется
87

система целевых параметров и ограничений исходя из того, что эффективной
может быть признана экономика, обеспечивающая удовлетво- рение
потребностей в области питания, здравоохранения, жилища, образования и других
разумных жизненных потребностей при одновременном уменьшении
удельных расходов сырья и энергии и сокращении производства отходов. То есть
переход к модели устойчивого развития требует экологической ориентации,
достигаемой путем повсеместного и постоянного учета экологического
фактора при принятии решений. Показателями, определяющими степень
экологизации хозяйственной деятельности, может служить система показателей при-
родоемкости экономики, характеризующих уровень потребления того или
иного вида природных ресурсов на единицу продукции конечного потребления.
В качестве целевых параметров и общественных ограничений устойчивого
развития в экономической сфере могут устанавливаться рациональные нормы
потребления (пищи, воды, лесоматериалов, минеральных ресурсов и т.п.) на
душу населения; рациональные уровни удельного (на душу населения и
единицу ВВП) потребления энергии, производства коммунальных и промышленных
отходов, а также ядерных отходов на душу населения и на единицу
вырабатываемой энергии.
Достижение экологической устойчивости и сохранение на этой основе пр
родно-ресурсной базы для настоящего и будущих поколений требует не то
осуществить экологизацию экономики, но и обеспечить охрану природных
необеспечивающих систем, сохранение биологического разнообразия, д
охраны жизнеобеспечивающих систем необходима комбинация деятельн
по предотвращению загрязнения, восстановлению и поддержанию целое
ти экосистем, развитию всевозможных охранных зон. Решение этой P
мы означает возврат долгов природе и введение социально-экономи
развития в экологически безопасные рамки, которые определяются во
ностями природно-ресурсного потенциала регионов, емкостью их пр P
комплексов. клю-
В состав целевых параметров устойчивого развития должны быт ^
чены показатели, характеризующие состояние природных сред> эко ^
охраняемых территорий, достигнушй прогресс в этой сфере деятел ^
также меры по снижению антропогенного воздействия. Контроль по это ^^
параметров должен осуществляться по показателям качества атмосф р > ^^
площади земель, находящихся в естественном и измененном состоянии, ^^
площади лесов и их состоянию, количества видов растений и животн
дящихся под угрозой вымирания или истребления и др. благо-
Обобщающим показателем отношения общества к экологическом) ^
получию может быть размер средств, направляемых на реализацию ^^^^
охранных мер, в сопоставлении с объемом производимого валовог
88

него продукта. При решении проблемы сохранения и рационального
использования природно-ресурсного потенциала могут выступать показатели при-
родоемкости отдельных видов производств и технологий, а также показатели
обеспеченности природными ресурсами в расчете на единицу территории, душу
населения или выражающие соотношение между потребностью и наличием
природных ресурсов.
Предлагаемые ограничения и характеризующие их показатели должны быть
установлены в рамках предельно допустимых антропогенных воздействий на
окружающую природную среду по различным их видам, как в абсолютном
выражении, так и в расчете на душу населения и единицу ВВП.
Переход к устойчивому развитию должен опираться на эффективное
использование новых экономических условий. К ним, в частности, относится
переход к федеративной модели государственного устройства, результатом
чего является партнерство между центром и регионами — субъектами РФ,
их относительная экономическая самостоятельность.
В наметившийся сейчас период стабилизации производства и выхода
страны из экономического кризиса необходимо стремиться предотвратить рост
ресурсопотребления и создать условия для реализации устойчивой тенденции
снижения ресурсоемкости всего народного хозяйства и его отдельных
отраслей.
В концепции определены генеральные направления перехода к модели
устойчивого развития. Одной из главных целей устойчивого развития является
достижение социальной стабильности, необходимое условие которой —
наличие демократических прав и свобод граждан. Возможность реализации
конституционно гарантированных прав и свобод граждан России является
важнейшим направлением развития демократической системы и перехода к
модели устойчивого развития.
Достижение социальной стабильности невозможно без участия широких
слоев общества в разработке соответствующей политики и общественного
контроля за ее реализацией. Выполнение этого принципа требует предоставления
населению России всей необходимой информации по вопросам окружающей
среды и общественно-экономического развития.
Важным направлением укрепления демократической системы является
усиление роли основных социальных групп населения в осуществлении социально-
экономических преобразований для обеспечения устойчивого развития.
Большое значение в реализации этого направления отводится участию женщин во
всех сферах деятельности общества. Хотя образовательный уровень женщин
во всех сферах деятельности в целом выше, чем у мужчин, их роль в принятии
решений все еще ограничена социально-экономическими условиями и
поведенческими стереотипами.
89

Особое место в реализации идей устойчивого развития принадлежит
молодежи. Перспективные программы должны ей гарантировать безопасное
будущее, поэтому молодежи необходимо предоставлять возможность
участвовать в принятии решений. Следует также уделить серьезное внимание
совершенствованию образования молодежи, в том числе экологического.
Россия многонациональна, и коренное население регионов должно принимать
активное участие в решении проблем размещения крупных производств на
территориях традиционного проживания. Необходимо принимать меры по
сохранению культуры и традиций этих народов.
Укрепление демократической системы предполагает участие
неправительственных организаций в формировании политики и принятии решений,
направленных, на достижение устойчивого развития. Особенно актуально
вовлечение российских предпринимателей, для чего необходимо создать
условия, позволяющие эффективно использовать все самое ценное и передовое из
накопленного опыта ведущих фирм мира в области сохранения окружающей
природной среды. Это тем более важно, что наша страна переживает период
реструктуризации хозяйства, формирования новых отношений собственности
и социально ориентированной финансово-экономической политики.
Важнейшим направлением деятельности по обеспечению устойчивого
развития является экологизация экономики. Здесь важен не только постояшшш
учет экологического фактора при принятии конкретных решений, но и
понимание того, что развитие экономики должно осуществляться масштабами и
темпами, которые позволили бы удовлетворять разумные потребности человека
при обеспечении воспроизводства возобновляемых и экономии не
возобновляемых природных ресурсов. Это требует взаимоувязанных изменений в
структуре производства и потребления и осуществления ряда мер, важнейшими из
которых являются:
• формирование правовых, экономических и организационных условий для
рационального природопользования включая экологизацию экономического
механизма;
• создание научно-технического потенциала для перевода экономики на
природосберегающую основу;
• формирование прогрессивной структуры общестяешюго производства,
ориентированной на увеличение доли продукции конечного потребления;
• создание замкнутых производственных циклов при минимизации
производственных отходов;
- экологизация системы норм и нормативов, а также деятельности в области
стандартизации;
• совершенствование структуры экспорта;
• упорядочение системы учета производства продукции в целях более
полного отражения в ней стоимости природных ресурсов;
90

• формирование рациональной региональной структуры экономики.
На ближайший период важнейшим направлением преобразования
производства в целях переориентации на модель устойчивого развития следует
считать проведение его структурной перестройки. На смену ресурсо- и
энергоемким малоавтоматизированным производствам должны придти
наукоемкие высокотехнологичные автоматизированные производства. Важным
элементом такого рода структурных преобразований должна стать конверсия
оборонных отраслей и предприятий. Целевые ориентиры таких преобразопа-
ний и их основные направления должны быть разработаны в про грамме
структурной перестройки экономики России, носящей постоянно обновляемый ха"
рактер.
Программа структурной перестройки должна быть ориентирована на:
• осуществление межотраслевых структурных сдвигов в пользу отраслей,
производящих продукцию конечного потребления;
• сокращение удельного потребления природных ресурсов и энергии;
• изменение структуры непроизводственного потребления;
• внедрение наукоемких экологически чистых технологай;
• сокращение транспортных издержек;
• формирование территориальной структуры хозяйства, адекватной новым
экономическим условиям;
• обеспечение экологической безопасности. Последствиями структурной
перестройки должны стать:
• повышение уровня жизни населения и улучшение структуры личного
потребления;
• сохранение природных комплексов и улучшение состояния окружающей
среды;
• рост профессиональной подготовки кадров;
• улучшение структуры занятости;
• обновление производственного аппарата.
Развитие экономики в целях устойчивого развития будет осуществляться
путем дальнейшего углубления рыночных отношений при обеспечении
демократических прав и свобод граждан. При этом следует учитывать
необходимость адаптации к начавшемуся изменению климата.
Важнейшие задачи текущего момента в области развития экономики —
стабилизация производства и финансов, ускорение институциональных
преобразований, всемерная активизация инвестиционного процесса.
Главным направлением является восстановление и сохранение качества
окружающей природной среды. В период стабилизации производства следует
поставить задачу предотвращения роста абсолютного и относительного
загрязнения природной среды и ее отдельных компонентов. Важное место здесь
должно отводиться формированию действенных нормативно-организационных
91

и экономических механизмов регулирования природоохранной деятельности
природопользования; при этом необходимо предусмотреть следующие
первоочередные меры.
По охране и рациональному использованию ресурсов пресной воды:
• осуществление комплекса мер по охране и воспроизводству водных
ресурсов на водосборных площадях включая систему мер по охране водных
источников, в том числе подземных;
• рационализация системы водопользования; внедренбия учета
используемой воды;
• сокращение удельных расходов воды на единицу продукции в
промышленности, а также в орошаемом земледелии;
■ перевод населенных пунктов на централизованное водоснабжение,
повышение надежности городских и сельских систем водоснабжения и канализации'
снижение потерь воды, прежде всего, питьевой;
• развитие систем оборотного и замкнутого водоснабжения и систем
очистных сооружений в целях снижения объемов поступления сточных вод и
прекращения сброса загрязненных стоков в водные объекты;
• обеззараживание и обессоливание коммунальных и промышленных стоков
утилизация осадков сточных вод;
• обеспечение комплексного строительства водопроводных и
канализационных сооружений;
• инвентаризация объектов, оказывающих влияние на загрязнение и
истощение природных водоемов, разработка и осуществление по каждому
предприятию, обеспечивающему их охрану и рациональное использование,
соответствующих мер в сроки и в объемах, согласованных с местными органами.
По защите атмосферы:
• снижение и последующее прекращение выпуска озоноразрущаьэщих
веществ;
• сокращение выбросов вредных веществ в атмосферу, прежде всего в
крупных городах и промышленных центрах, за счет ввода эффективных установок
для улавливания и обеззараживания вредных веществ из отходящих газов,
внедрения высокоэффективных методов очистки и перехода на малоотходные
технологии;
• перевод тепловых электростанций и ТЭЦ на бессернистое и
малосернистое топливо, оснащение заводов по переработке нефти оборудованием,
исключающим потери легких фракций нефтепродуктов;
• установление особого контроля над работой предприятий по снижению
выбросов специфичных токсичных веществ (соединений хлора и фтора,
сероуглерода, сероводорода, ртути, свинца, белка, отдельных углеводородов и др.);
• перевод автотранспорта на менее токсичное топливо, внедрение специщц!
ных нейтрализаторов для отработанных газов двигателей автомобилей, нор-
92

мировшше, регулирование и контроль выбросов от автомобильного транспорта
на основе государственных стандартов;
• развитие сети стационарных станций и постов наблюдения за уровнем
загрязнения атмосферного воздуха и автоматизированных систем контроля за
загрязнением воздушного бассейна.
По охране и рациональному использованию земельных ресурсов:
• сохранение и повышение плодородия почв при обеспечении
бездефицитного баланса гумуса в почве, особенно черноземов;
• осуществление комплекса мероприятий по борьбе с водной и ветровой
эрозией почв, опустыниванием земель, деградацией пастбищ;
• рекультивация загрязненных, а также нарушенных горными и
строительными работами земель;
• повышение экологической безопасности и эксплуатационной надежности
нефте-, газо- и продуктопроводов в целях недопущения загрязнения
окружающей среды;
• развитие системы защиты сельскохозяйственных культур биологическими
методами;
• расширение сети особо охраняемых территорий включая курортные зоны и
зоны рекреации.
По удалению, хранению и переработке отходов:
• повышение эффективности удаления, захоронения и переработки бытовых
отходов;
• прекращение неконтролируемого вывоза отработавших приборов, изделий,
токсичных отходов и материалов на полигоны бытовых отходов и на свалки;
повышение уровня их утилизации и расширение использования вторичных
ресурсов;
• комплексное использование минеральных ресурсов, снижение
ресурсоемкое™ национального дохода и повышение уровня извлечения полезных
ископаемых при их добыче и переработке;
• хозяйственное использование отходов добычи, переработки и обогащения
полезных ископаемых;
• решение проблемы удаления высокотоксичных и радиоактивных отходов;
• предотвращение загрязнения хозяйственно-бытовых стоков и осадков
токсичными соединениями, особенно ионами тяжелых цветных металлов;
• прекращение неконтролируемого вывоза отработавших приборов, изделия,
токсичных отходов и материалов на полигоны бытовых отходов и на свалки;
повышение уровня их утилизации и расширение использования вторичных
ресурсов;
• комплексное использование минеральных ресурсов, снижение
ресурсоемкое™ национального дохода и повышение уровня извлечения полезных
ископаемых при добыче и переработке;
93

• хозяйственное использование отходов добычи, переработки и обогащения
полезных ископаемых;
• решение проблемы удаления и переработки высокотоксичных и
радиоактивных отходов.
Помимо перечисленных должны также предусматриваться меры по охране
и рациональному использованию богатств растительного и животного мира,
сохранению биологического разнообразия, охране недр и другим компонентам
природной среды. Состав этих мер должен конкретизироваться на всех этапах
работы над моделью устойчивого развития.
Для реализации целей устойчивого развития необходимо осуществить
трансформацию нормативно-правовой базы, экономических и административных
инструментов, обеспечить экологизацию бюджетной и налоговой систем,
структурной, инвестиционной и внешнеэкономической политики.
В среднесрочной и долгосрочной перспективе по мере подъема экономики
целесообразно вносить изменения в формирование доходной и расходной
частей бюджета. В составе доходных статей бюджета значительно большую роль,
чем в настоящее время, будут иметь платежи за природные ресурсы, а в
составе бюджетных расходов увеличится доля затрат на природоохранные
мероприятия. Необходимо также пересмотреть роль платежей за загрязнения
окружающей природной среды. В сфере промышленного производства
должен эффективно действовать известный принцип: «загрязнитель платит».
В области налогообложения необходимо пойти на последовательное
повышение роли налогов за использование природноресурсного потенциала, ос>-
ществить введение налогов акцизного типа на продукцию, использование
которой сопряжено с нанесением вреда окружающей среде. Одновременно
целесообразно расширить налоговые льготы для предприятий и организапш,
осваивающих производство экологически безопасных изделий, использующих
отходы в производстве или применяющих замкнутые (безотходные) технологии,
а также ввести льготы по налогам для субъектов хозяйствования и физиче
ких лиц, находящихся в зонах чрезвычайной экологической ситуации и экол
гического бедствия.
При реализации структурной перестройки экономики необходимо отдав
предпочтение проектам, направленным на модернизацию производства с р
ким снижением его материале- и энергоемкости, и проектам по выпуску э
логически чистых видов продукции, прогрессивного технологического о6°Руй
дования, использование которого может принести ощутимый экологически
эффект. ^
Поскольку в каждой отрасли промышленности имеется немало научно-
нических разработок, внедрение которых может принести желаемый эФ*е'
значительную роль в плане обеспечения экологически ориентированной стру
турной перестройки может сыграть инвестиционная политика государства.
94

Меры государственной поддержки реализации экологических приоритетов
могут включать: ассигнования и инвестиции из федерального бюджета,
бюджетные дотации (субсидии, субвенции), льготные инвестиционные кредиты,
гарантии государства по возврат}' займов инвесторам и др.
Функции мер поддержки мог бы выполнять государственный заказ на
производство специализированного природоохранного оборудования с контрактным
финансированием поставок продукции; иностранные кредитные линии с
экологически ориентированными проектами:
■ решения об экологическом перепрофилировании некоторых производств;
• привлечение специализированных банковских и инвестиционно-финансовых
структур для финансирования мероприятий по рационализации
природопользования и специализированной природоохранной деятельности, атаюке
социальной поддержке населения;
■ решения об учете экологического фактора при приватизации предприятий;
• содействие в привлечении иностранных капиталов для финансирования
затрат на oxpairy окружающей среды, мероприятий по созданию новых рабочих
мест.
Должен учитываться экологический фактор и при привлечении иностранных
инвестиций в Россию, особенно в целях освоения природных ресурсов.
Требуется создание экономических стимулов, способствующих направлению
иностранных инвестиций на решение экологических и социальных проблем
регионов. Следует также разработать меры административно-правового
регулирования деятельности предприятий с участием иностранных инвестиций,
содержащие социальные и экологические требования, обязательные для учета в
договорах о создании таких предприятий.
Экономические отношения России и мирового сообщества должны строиться
на справедливой основе, что предполагает пересмотр условий кредитования и
других видов помощи Мирового банка. Европейского сообщества и
европейских финансовых институтов, направляемых на цели структурной перестройки
России.
Необходимо принять комплекс других специфических мер аналогичного
действия и, в частности, осуществить:
• совершенствование природоохранительного законодательства, системы
экологических ограничений и регламентации режимов природопользования в
целях их адаптации к рыночным условиям;
• последовательный переход на международные стандарты качества
окружающей среды, производственных технологий и производимой продукции,
провести их экологическую сертификацию;
• развитие программно-целевого метода рационального использования
природных ресурсов и охраны окружающей среды (ГОСТ ИСО 9000 и 14000);
95

• экономическое стимулирование ресурсо- и энергосбережения,
минимизации производственных выбросов в окружающую среду;
• проведение экологической экспертизы и оценки воздействия на
окружающую среду всех проектов хозяйственной деятельности, установление
четкого порядка приостановки и закрытия по экологическим причинам
производственных объектов;
• развитие и улучшение деятельности федерального, и региональных
экологических фондов;
• разработку и введение механизма экологического страхования.
В качестве первоочередной меры должно быть осуществлено повышение
эффективности государственного контроля над соблюдением существующих
регламентов природопользования с применением экономических и
административных санкций для предотвращения аварий и катастроф, пресечения
экологических правонарушений.
Управление процессом устойчивого развития должно осуществляться на
основе результатов научных исследований. Задачей науки в данном случае
является разработка показателей качества жизни, поиск экономических
стимулов, способствующих экологизации производства и рациональному
природопользованию, формирование методов оценки новых технологий и продукции
с позиций обеспечения экологической эффективности, анализ связи между
состоянием экосистем и здоровьем человека, развитие исследований по
региональным направлениям устойчивого развития.
Важным направлением деятельности по обеспечению устойчивого
развития является повышение уровня экологического образования и
информированности населения о состоянии окружающей среды, развитие представлении
об изменении образа жизни. Особое внимание необходимо уделить
экологической подготовке предпринимателей и менеджеров. Важно обеспечить
развитие просветительской деятельности среди широких слоев населения по
вопросам устойчивого развития.
Велика роль России в решении глобальных экологических проблем. С одной
стороны, она определяется «вкладом» России в мировое загрязнение
окружающей среды, с другой—Россия обладает большими по площади
территориями, практически не затронутыми хозяйственной деятельностью,
являющимися резервом устойчивости всей биосферы планеты. В соответствии с
этим ее приоритеты в международной деятельности гю обеспечению
устойчивого развития сводятся к следующему:
• превращение национальной концепции устойчивого развития в инструмент
поднятия международного авторитета России;
• создание эффективных механизмов по обеспечению международного
экологического паритета при решении вопросов о трансграничном переносе
вредных веществ;
96

• активное участие в разработке международных мер, способствующих
минимизации техногенного воздействия на биосферу;
• обеспечение экологических интересов при проведении внешнеэкономической
деятельности;
• активное участие в международных научных npoipaMMax по устойчивому
развитию.
В настоящее время основными направлениями международной деятельности
России в области охраны окружающей среды являются:
• сохранение биоразнообразия;
• охрана озонового слоя;
• предотвращение антропогенного изменения климата;
• охрана лесов и лесовосстановление;
• борьба с опустыниванием;
• развитие и совершенствование системы особо охраняемых природных
территорий;
• обеспечение безопасного уничтожения химического и ядерного оружия;
• решение межгосударственных экологических проблем (трансграничное
загрязнение, проблемы Балтийского, Черного и Каспийского морей,
Арктического региона);
• решение проблем Мирового океана.
К числу глобальных экологических проблем, требующих серьезного и
глубокого изучения, следует отнести проблему определения степени экологической
устойчивости планеты в целом и ее отдельных частей. В связи с этим
необходима активизация работ по моделированию экологически устойчивого
развития названных систем, изучению и отбору наилучших из такого рода моделей.
В решении этой проблемы Россия могла бы сьпрать ведущую роль.
Обшее представление о развитии России в будущем в значительной мере
будет определяться не только ее собственными действиями в области
устойчивого развития в ближайшие 10-20 лет, но и общим продвижением в решении
данной проблемы в масштабах всей планеты. Достаточно полная гармонизация
развития экономики, общества и природы возможна только на путях,
реализующих идеи В. И. Вернадского о ноосфере.
Проблема будущего развития человечества, в конечном счете, неизбежно
приведет его к необходимости формирования сферы разума (ноосферы), в
рамках которой мерилом национального богатства будут духовные ценности и
знания человека, живущего в гармонии с окружающей природной средой. При
этом добиться полной гармонизации развития общества и природы только в
России или какой-либо другой отдельной стране будет невозможно. Такая
взаимозависимость стран в решении проблемы устойчивого развития делает
достаточно условной этапизацию перехода России к полной модели устойчивого
97

развития, тем более условно выглядели бы мероприятия, предполагаемые к
осуществлению за пределами первой четверти XXI века.
Рассматривая перспективы России в движении устойчивого развития,
следует помнить о двух сторонах проблемы. Первая — перспектива, наши
возможности. Здесь важно знать, что по количеству учтенных запасов и
разнообразию полезных ископаемых Россия занимает ведущее положение в
минерально-сырьевой базе мира, В недрах России, территория которой составляет
10 % суши земли, сосредоточено 13 % мировых запасов нефти, 35 — газа, 12
—угля, 27 — железных руд, значительная часть запасов золота, алмазов,
цветных и редких металлов. Валовая потенциальная ценность выявленных и
разведанных по состоянию на 01.01.95 г. запасов полезных ископаемых
России многократно превышает суммарную ценность всех остальных природных
ресурсов и основных фондов страны и составляет 28,6 трлн. долл. (табл.2.1).
Доля России в мировом горнопромышленном производстве в 1994 г.
превысила 14 %.
Месторождения в России залегают, как правило, в более суровых
климатических зонах и при менее благоприятных горно-геологических условиях,
однако это вполне преодолимые трудности. К тому же около половины
территории госсии пока сохраняет естественное первоначальное состояние.
_™1Ь ^ «««""«c* в реалиях сегодняшнего дня. Развитые
Z~пГГ К0Т°Т С0СГаВЛЯеГ 0№ЛО ^ МЛР«- "е™ (а все „аселе-
"Zrrr° б ^ 4M0BeK)' B™r <*»« «О % общемирового
ZTZ К£22£ шГЛТминерального вдрья в них <в рас'
развивайся «ран и в"g^ др^их S£T" ""^ ^^^
Основные ы щы и групш ттрвлцюп
сырья
Нефть и конденсат
Газ
Уголь и горючие сланцы
Черные металлы
Цветные и редкие металлы
Драгоценные металлы и алмазы
Уран
Нерудное сырье
Валовая потенциалы
гая ценность, млрд. долл./%
Итого
4481/15,7
9190/32,2
6651/23,3
1962/6,8
1807/6,3
272/1.0
4/0,01
4193/14,7
28560/100
98

Таблица 2.2
ПОКАЗАТЕЛИ УРОВНЯ ЖИЗНИВ РАЗВИТЫХИ БЕД1ГЕЙШИХ СТРАНАХ МИРА
A991 г.), %
Показатель
Мировой ВВП
Мировые экспортные рынки
Прямые иностранные инвестиции
Имеющиеся в мире телефонные литш
В странах
с наибольшим доходом
86
82
Й8
74
В беднейших странах
1
1
1
1,5
Соотношение доходов 20 % населения земного шара в богатейших странах
и 20 % населения беднейших стран: 30:1 — 1960 г.; 60:1 — 1990 г.; 74:1 —
2000 г. На долю 29 наиболее развитых стран мира, членов Организации
экономического сотрудничества и развития (ОЗСР), приходится, %: 19 —
населения мира; 71 — всемирной торговли; 58 — прямых иностранных
инвестиций; 91 — пользователей Интернета. Ежедневный оборот на валютных
рынках: 70-е гг. — 10-20 млрд. долл., 1998 г. — 1,5 трлн. долл.
К началу 1991 i: на / мирового народонаселения (развитые страны)
приходилась приведенная в табл. 2.2 доля «жизненных благ».
Самые высокие темпы роста неравенства наблюдались в последние годы в
странах Восточной Европы и СШ. в частности, в России доля доходов 20 %
самых богатых в 11 раз выше доходов 20 % самых бедных граждан. В
результате по индексу развития человестраны «выдают» примерно 75 % общего
загрязнения планеты, в том числе США — около 25 %. Интересно привести
данные о количестве токсичных промышленных отходов по некоторым
развитым странам:
млн. т/год кг (год/чел.)
ФРГ 5-10 80-160
Финляндия 0,4 80-100
Франция 2-17 40-140
Нидерланды 1,2 70-100
Великобритания 4-7 70-120
США 57 250-300
Отсюда следуют два вывода:
1. Возможности (прежде всего экономические) развитых стран в
проведении природоохранных мероприятий несравнимо выше возможностей других
стран. Что касается России, то с современным бюджетом на
природоохранные мероприятия она практически ничего не может выделить.
2. В развитых странах антропогенное воздействие на природу в десятки раз
выше допустимого. В экологическом смысле классический капитализм едва
ли является примером для подражания, как, впрочем, и все другие формации.
99

экологическими
прошлому любое государево неспособно СЧР"*^ страиы ДОЛ*в« ^
бяемами - ЭТо природа государства. Пока же ра^«п0 собивен*й
вопе, и «поделиться» ботовом с бедными с^анш ^ веКа йд«
можк И если акад. В. И. Вернадский, 'Ф°РW^fe» челоВечестВо, кото-
эпохи ноосферы (разума), надеялся на «««Р00?" ее естественная сое-
рое будет «ль в полной гармонии с природой*!*отивш1оложно: борьба
тавляющая, то мнение акад. Н. Н. Моисеева прямо^рояда ^^ ве будуТ
за природные ресурсы будет продолжаться и ВРЯ^ располагает чело-
задействошшы все соответствующие средства, котоР б ^ встречать,«
ьек. Человечество в целом и каждая страна в отеда* _ эТ0 будет путь
преодолевать многочисленные кризисы, взлеты и п£^ быть готовым.
.«.,А«™~, w.^_^_,-. , ,. гЬрпе устои Jr*
это сегодня выбранный человечеством путь к ноосфер ^ ^^^то
смятие, как и рассмотренные выше безотходные технология ^^ в будущем
ле идеальные модели, к которым нужно стремиться. Воз ■ ^цес1/!ая дея-
6vhvt ппегтжужены какие-то лшгие пути. В любом случа V* ,^1/шесТ-
вляться постоянно. Рассмотрим кратко некоторые
пусть даже и иногда спорных. -человечества,
Решить весь комплекс проблем, связанных с выживанием донной
возможно лишь при создании соответствующей эконсмико-оргаи ^ HOOe-
системы. В качестве первых шагов мирового сообщества на пут^еЖГ0Су-
ферному развитию можно рекомендовать создание специального егда0
дарственного органа, исполняющего родь коллективного Разума по с ц&
человечества. Одним из возможных вариантов может быть преоор ^
ОрганизадаиО6^диненныхНаций@О^^^
по ноосферному развитию (ООННР). В своих решениях данный орган д в
основываться на самых надежных, научных результатах и оценках, поэ
его систему должны входить международные научно-исследовательские
тры по важнейшим проблемам жизнедеятельности человечества. Наш
временные знания об отношениях природы и общества оказались недрста
мыми для того, чтобы уверенно двигаться по пути к ноосферному развит *
Исходя из этого первоочередными задачами, стоящими перед названии
выше центрами, должны быть следующие;
* проверка обоснованности гипотез, связанных с глобальным потепление
климата и истощением озонового слоя;
* определение предельно допустимых (граничных) показателей загрязнения
окружающей среды и использования природных ресурсов — как в целом ДО3
планеты, так и для отдельных экосистем;
НИ)

• определение узких мест в биосферном равновесии; — исследование
демографического фактора;
* поиск новых нетрадиционных источников получения энергии, продуктов
питания и конструкционных материалов;
• повышение продуктивности биологических ресурсов;
• определение ущерба от загрязнения окружающей среды;
• исследование экологических рисков и решение других вопросов.
В резолюциях второго Всемирного саммита ООН по устойчивому развитию
(Йоханнесбург, ЮАР, август 2002 г.) направление — водная среда и се
рациональное, бережное использование — обозначено главной проблемой в мире
сегодня.
При этом было оглашено несколько диаметрально противоположных
концепций развития мира.
Какой из предлагаемых путей выберет человечество?
Такая неопределенность в значительной мере была связана с тем, что за
последние 10 лет с момента первого саммита — Конференции ООН по
окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, Бразилия, 1992 г.) —
практически не было выполнено ни одно из принятых на нем конкретных решений.
Поэтому устроители этого саммита рекомендовали не принимать никаких
деклараций, устанавливающих конкретные цели и сроки, а отдать приоритет
новому формату — глобальному.
Налицо бессилие человеческого сообщества управлять своим развитием и
установить разумное отношение к природе, т. е. создать «такую систему
организации общества, при которой удовлетворение потребностей нынешнего
поколения происходит не в ущерб возможностям удовлетворения потребностей
будущих» (Британская энциклопедия).
В выступлении на Всемирной встрече в Йоханнесбурге Премьер-министр
Российской Федерации М. М. Касьянов отметил, что «за годы после
Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро мир
кардинально изменился. Жизнь подтвердила тезис о многообразии моделей
устойчивого развития, одна из которых реализуется сегодня в России. Опираясь на
идеи Рио, мы должны выйти на новую стадию развития, сосредотачивая
усилия на обеспечении роста экономики, социального прогресса и сохранения
окружающей среды согласно принципам устойчивого развития.
Всех нас волнуют три вопроса, которые формируют цивилизацию сегодня и
будут определять жизнь наших детей и внуков завтра.
Первое — вопросы экологии и нормальной среды развития. Россия как
глобальный экологический донор играет и в будущем будет играть определяющую
роль в поддержании глобального экологического равновесия. Вопросы
экологии постоянно находятся в фокусе внимания правительства:
101

• в России находится четверть мировых лесных ресурсов, не тронутых
хозяйственным освоением, что в растущей степени обеспечивает глобальную
стабилизацию биосферы;
• Россия обеспечивает сохранность 20 % мировых запасов пресной воды.
Кроме того, мы готовы предоставить развивающимся странам технологии,
позволяющие решать проблемы недостатка питьевой воды;
• выбросы парниковых газов за десятилетие сокращены в нашей стране
более чем на треть (это примерно 60 % общего мирового сокращения).
Убежден, что итоги саммита в Йоханнесбурге привлекут внимание всего
человечества к острейшим проблемам устойчивого развития и в итоге
сделают наш мир более дружественным и безопасным».
В условиях, когда разрушена командно-административная система
хозяйствования, а новая еще не создана, Россия имеет реальные предпосылки
первой в мире перейти на ноосферный путь развития и стать своеобразным
«полигоном» мирового сообщества по отработке отдельных элементов такого
развития.
Главной целью предлагаемого социализма является создание
высоконравственного социально справедливого и процветающего обществе с
благоприятной средой обитания. Для
достижения данной цели в стратегическом
плане наши действия должны быть направлены на духовное возрождение
общества^ обеспечение экологической безопасности настоящего и будущего
поколений; удовлетворение материальных потребностей общества; сохранение
и воспроизводство природных ресурсов в необходимых масштабах;
обеспечение национальной безопасности.
Для осуществления движения по пути к экологически безопасному
обществу следует:
•создать в Российской Федерации систему мониторинга, с помощью кото-
рои можно было бы получать объективную информацию об источниках
загрязнения окружающей природной среды, о качестве среды обитания и
продуктов питания, а также прогнозировать экологические последствия того или
иаого вмешательства в природу;
• определить фактические и предельно допустите нагрузки антропогенно;
воздействия на отдельные природные системы, животный и растительный
мир на территории России;
♦ составить прогноз состояния природной среды на длительную перспективу;
* разработать генеральный план действий по экологическому оздоровлению
оссии на различных уровнях управления: президента, Федерального собрэ-
ия и правительства Российской Федерации, республик и местных
территориальных органов;
" осуществить зонирование территории России с выделением особо охрана-
"to территорий (заповедников, заказников, государственных памятаикк» при-
102

роды, водоохранных зон, лесов первой категории и т.д.) С режимом
природопользования, соответствующим их статусу. Для сохранения биологического
разнообразия и поддержания естественного хода природных процессов
следует увеличить количество природных заповедников, доведя их площади до 3-
4 % территории России;
• создать зоны ноосферного развития для отработки отдельных элементов
жизнеобеспечивающей системы, безопасной для здоровья населения и
окружающей среды;
• установить в законодательном порядке долю валового национального
продукта, которую готово выделить общество для решения экологических
проблем.
Важная роль при переходе на ноосферный путь развития принадлежит
экологизации хозяйственного механизма управления экономикой. Под этим
термином понимается поэтапная, рассчитанная на несколько лет перестройка
экономики в соответствии с принципами ноосферного развития при неизменном
приоритете прав человека на здоровую среду обитания. Перестройка должна
осуществляться с широким применением прямых и косвенных методов
экологического регулирования. К ним относятся: установление экологических ирани-
чений на хозяйственную деятельность; создание систем экологической
сертификации продукции, услуг и иных объектов; заявление о воздействии на
окружающую среду; лицензирование хозяйственной и иной деятельности;
комплексная эколого-экономическая экспертиза; создание экологически
справедливого рынка; коренное изменение налоговой политики; экологическое
страхование; учет экологического фактора при экономической оценке хозяйственных
решений; создание эколого-правовых отношений.
Особая роль в экологизации хозяйственного механизма принадлежит
коренному изменению налоговой политики и созданию экологически справедливого
рынка. Существующая налоговая полигика носит чисто фискальный характер
и направлена на пополнение бюджета. Никакой стимулирующей роли она не
играет.
Экологический аспект устойчивого развития России предусматривает
реализацию мер, которые были бы направлены на обеспечение динамического
равновесия в развитии природопользования, позволяющего смягчить (а в
перспективе и снять) противоречия между потребностями общества в
природных ресурсах и возможностью их удовлетворения при сохранении природно-
ресурсного потенциала. В практической реализации этих задач важнейшее
место отводится формированию действенных нормативно-правового и
экономического механизмов регулирования природопользования. В содержание
понятия «экономический механизм регулирования природопользования»
вкладывается взаимосвязанная система экономических мер, опирающаяся на
юридическую, методическую и нормативную основы, реализуемая через специ-
103

альные организационные структуры и направленная иа обеспечение
рационализации природопользования в полном соответствии с государственной
концепцией развития природоохранной деятельности. Экономический механизм
регулирования природопользования включает в себя реализацию ряда
основных мероггриятий:
• планирование природоохраны на основе федеральных и региональных
экологических программ с учетом природно-ресурсного потенциала отдельных
регионов;
■ финансирование экологических программ и мероприятий;
• установление лимитов использования природных ресурсов, выбросов и
сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду и размещение отходов;
• установление нормативов платы и размеров платежей за использование
природных ресурсов, выбросы и сбросы загрязняющих веществ, размещение
отходов и другие виды вредного воздействия;
• предоставление природопользователям налоговых, кредитных и иных льгот
при внедрении ими эффективных мер по охране окружающей природной среды
и повышении экологической безопасности производства;
• возмещение вреда, причиненного окружающей природной среде и здоровью
человека в соответствии с нормами гражданского законодательства.
Платность как основа экономического механизма регулирования прир^
допользования включает в себя две составные части:
• плата за пользование (изъятие) природных ресурсов;
• плата за загрязнение окружающей природной среды и за другие виды вред.
ного воздействия.
Плата за использование (изъятие) природных ресурсов взимается за праВо
пользования природными ресурсами в пределах установленных лимитов; н^
воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов.
Плата за выбросы, сбросы загрязняющих веществ, размещение отходов h
другие виды загрязнения взимается в пределах установленных лимитов; сверх
установленных лимитов.
Для оперативного решения неотложных природоохранных задач сформировав
и действует Федеральный экологический фонд Российской Федерации.
Последние годы в России (да и во всем мире) повышенное внимание уце.
ляется различным природным катаклизмам, уносящим жизни многих людей h
причиняющим огромныеразрушения. Статистические данные о чрезвычайны*
ситуациях (ЧС) в Российской Федерации свидетельствуют о том, что наблю.
дается тенденция увеличения количества и рост масштабов последствий кругк
ных аварий, катастроф и стихийных бедствий. Основными причинами роста
количества и тяжести последствий чрезвычайных ситуаций являются
недопустимо высокий уровень износа основных производственных фондов в промыш-
104

ленности и на транспорте; чрезмерная концентрация опасных производств на
небольших площадях с высокой плотностью населения; интенсивное
хозяйственное освоение территорий, подверженных опасности природных
чрезвычайных ситуаций; резкое ослабление системы управления безопасностью в
производственной сфере; отсутствие экономических механизмов
обеспечения безопасности, а также целостной нормативно-правовой базы в области
защиты населения и территорий от промышленных аварий, стихийных
бедствий и катастроф.
Если не принимать адекватных мер, следует ожидать дальнейшего роста
числа и величины ущерба от ЧС. Очевидно, что в скором времени экономика
страны не выдержит расходов по ликвидации их последствий. Необходимо
как можно скорее перейти от практики реагирования на ЧС и ликвидации их
последствий к предупреждению ЧС, снижению природных и техногенных
рисков и превентивному управлению безопасностью. Решение этой проблемы
возможно лишь при наличии надежной оценки и прогноза природных и
техногенных рисков.
Необходимая основа для количественной оценки рисков в регионе —
комплексный анализ данных о существующих источниках опасности различной
природы; масштабах проявления, частоте, интенсивности, степени изученности
неблагоприятных природных процессов и явлений; количественных харакге-
ристиках потенциально возможных техногенных чрезвычайных ситуаций;
подверженности населения, хозяйственных объектов и окружающей среды
выявленным опасным воздействиям, их чувствительности к этим воздействиям и
защищенности от них; видах и размерах возможного ущерба.
Знание количественных характеристик рисков различной природы позволит
сравнивать эффективность различных мер по снижению рисков и обеспечению
безопасности территорий.
В соответствии со сложившейся отечественной и мировой практикой в
наиболее общем случае количественная мера риска равна произведению
вероятности реализации события на величину ущерба (т.е. математическому
ожиданию ущерба):
Л = 2>Х B.2)
Здесь R — уровень риска; W. — возникновение опасного события i-ro вида
или типа; У. — величина ущерба при i-м событии; п — число возможных
типов опасных событий для рассматриваемого объекта или территории.
В заключении следует отметить, что действующий нормативный документ
ИСО/МЭК 51 «Руководящие положения по включения аспектов безопасности
J0S

в стандарты» определяет концепцию нормирования безопасности путем зада„
ния риска следующим образом:
• с повышением технической сложности продукции возрастает роль оезо.
памюсти;
■ абсолютная безопасность не может быть обеспечена, объект может оьгг^
только относительно безопасен;
• требования к уровню безопасности формируется на основе «приемл о
риска», связаны с социально-экономическим состоянием общества и яв т.
ся производственными этого состояния;
•определение риска осуществляется путем выявления различных фак У ,
влияющих на безопасность, и их количественной оценки;
• риск не должен превышать уровня, достигнутого для сложных те
ких объектов с учетом природных воздействий; ггяжи~
• риск должен быть снижен настолько. Насколько это практически РР
i j try Л% IjO*v Л|*
мо в рамках соответствующих ограничений (принцип ALAr — "
Possible); (аналог
• не должно быть составляющих риска, резко превышающих ДРУГИ ^^
принципа равнонадежности, применяемого при обеспечении надежное
лий).
2.3. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛАВЕ 2
1. Аксенов В. П., Балакирев В. Ф., Филиппенко* А. А. Проблемы водного ^^ _
металлургических, машиностроительных и металлообрабатывающих пред"Р
Екатеринбург,НИСОУрОРАН,2002,—267с. .. рс,цении
2. Аксенов В. И., Львов А. П., Романов II. Т. Роль безотходных технологий в р
проблемы водных ресурсов.—М.: ЦБНТИ Минводхоза СССР, 1987.—50 с. ^р» '
3. Вайщеккер Э., Лоетс Э, Левине Л. Фактор четыре. Затрат — полоЕ^Н#<,йи/««,в'
двойная: Новый доклад Римскому клубу / Пер. А. П. Заеарнищна нВ-Д-"
Под ред. Г. А. Месяца.—- М.: Академия, 2000.—400с.
4. Декларация по окружающей среде и развитию.—Рио-де-Женейро, 1982 г. ^ эк0.
5. РатнерА. М. Оптимистически11взгляднаустойчивоеэконом1етеское разви
лого-водохозяйственный вестник.—Екатеринбург, 1998. Вып. 3. С. 45-49. ъ&герИ*'
б nomouiB.Е.Технологииосноввькпроизводстввприродопользовании.
бург: НИСОУрО РАН, 1998. Т.4. С. 3-36. Ц.РеР'
7. Вернадский В. И. Биосфера. Мысли и наброски: Сборник научных Pa6aT_Jjyi.; №*
надского / Сост. В. Б. Наумов, М. Ю. Сорокина; под. ред. JC А. Степанова.
Дом «Неосфера», 2001.—244 с. йствеи»1^
8. Харламтвт Г. Д. Экологические проблемы России // Эколого-водскозяи
вестник.—Екатеринбург:«Викгор»,1998.Вьш.2.С.6-13 ?ГЮ1-Т-71'
9 КлюевН. Я. Экологическиеитогиреформирования России//Вести. РАН- ^
№3. С. 233-239.
106

10. Яковлев В. Л. Состояния, проблемы и перспективы развития горнодобывающей
промышленности России и стран СНГ // Докл. междунар. конф.—Екатеринбург, УрО РАН,
1998. Т. 4. С. 3-36.
11. Моисеев И. Н. Судьба цивилизаций. —М., 1998.
12. Резолюция второго всемирного саммита по устойчивому развитию (Йоханнесбург,
ЮАР, август 2002 г.).
13. Коробицып £. А., Чуктюв В. Н. Сравнительная оценка природных, техногенных и
экологических рисков для Свердловской области// Тез. докл. VII Междунар.
экологического симпозиума «Урал атомный, Урал промышленный». — Екатеринбург, 1999. С. 75-78.
14. Жуковский В. М. Устойчивое развитие, техногенные и социальные риски
цивилизаций. Наука. Общество. Человек. Вестник Уральского отделения РАН № 3
(9).—Екатеринбург, УрО Ран. 2004. — 198 с.
107

Раздел II.
ВОДОСНАБЖЕНИЕ И ВОДООТВЕДЕНИЕ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
«Дт любой страны вопрос водных ресурсов — это вопрос стратегической
важности, без всякого преувеличения. Сегодня, да и в перспективе, главным
образом в перспективе, состояние водных ресурсов во многом определяет
качество oicu3tm людей. Напрямую влияет и на экономику страны, и на уровень
ее безопасности.
Россия обладает огромными водными богатствами. По запасам Россия
находится на втором месте в мире, на ее территории находится около бмимио-
нов рек и озер. Наша страна входит, в число мировых лидеров по запасом
столь дефицитного продуктакакпресная вода. Вода, которая сегодня
признана в мире основным товаром XXIвека. Очевидно, что эффективное
распоряжение водными ресурсами — это проблема общегосударственного
масштаба и ее невозмоо/сно успешно решить только на уровне ведомств или в рамках
одного региона
Анализ состояния водного комплекса показывает, что мы пока, к со^сале-
нию, надо это констатировать, тохо бережем водные запасы и неумело и.щ
распоряо/саемся.
Отсутствует современная система очистки коммунальных, промыгиле^
пых и сельскохозяйственных сточных вод. Более того, 30 % действующих
водопроводов вообще не обеспечены очистными сооруэюениями и, как резулы
тат, треть граждан, особенно проживающих в сельской местности, потре^
ляют некачественную воду.
Позволю себе обозначить только некоторые проблемы в обоби/енном виде.
Первое — это необходимость выработки современных подходов к разви^
тию всего водохозяйственного комплекса. Имею в виду не только и не стодЬКо
технические вопросы — мы должны определить четкую государственную
политику в этой сфере. Продумать как экономические, так и организацией
ные, право еые вопросы.
Второе — необходимо серьезно проанализировать саму систему государе^
венного управления в сфере водного хозяйства. Опять о/се возвраи(усь к то.^
что мы только что видели, слышали, хотя это не является для нас с ващ
новой информацией, — много объектов водного комплекса, которые до сц%
пор даже хозяина не имеют. Оптимизировать управление в этой сфере
необходимо, и необходимо это сделать за счет сокращения, уточнения, я 6hl
так сказал, полномочий федеральных органов и там, где это обосновано, 3Q
счет передачи их на регионалышй уровень. Полагаю, что идущие сейчас про,
иессы разграничения полномочий и ответственности доло/сны в полной мер*

коснуться и водного хозяйства. При этом важно помнить, что вода это наше
национальное достояние и принцип ее общедоступности является
абсолютно приоритетным и базовым.
Третье направление — это развитие водосберегающих и экологически
чистых технологий.
Конечно, одними призывами «беречь природу» здесь не обойтись.
Предприятия должны иметь соответствующие экономические стимулы.
Полагаю, что Правительство должно активизировать работу над новым
Водным кодексом, другими законодательными актами в сфере водного
хозяйства. Разумеется — опираясь в этой работе па действующие
Бюджетный и Налоговый кодексы». (Президент РФ В. В.Путин, Ростов-на-Дону, 03.09.
2003).
Трудно представить промышленное предприятие, не потребляющее воду.
Возможно, это дело далекого будущего. Тем более: трудно создать такое
предприятие в черной и цветной металлургии, машиностроение и металлургии,
где уже подготовка исходного сырья требует огромных расходов воды. Но
главное не в количестве используемой воды предприятиями, а в составе
образующихся сточных вод. Может быть, только в химической промышленности
стоки «страшнее» по составу загрязняющих веществ. Поэтому, главная задача
водного хозяйства этих отраслей, — обеспечивая производство, наносить
минимальный ущерб окружающей среде. Задача эта весьма сложная и в
прошлом, и сегодня, и в перспективе. В XX столетии проблемам водного хозяйства
уделялось значительное внимание, и в его развитие и модернизацию
вкладывались значительные средства. Однако количество и качество уносимых
водой «загрязнителей» было столь велико, что проблема никогда не решалась
удовлетворительно. Промышленность во всем мире, и в России тоже,
разместила и продолжает размещать в окружающей среде огромное количество
отходов. Проблемы загрязненности, особенно производственными стоками,
вышли на первое место.
Существуют и другие точки зрения, например, что главная опасность
разрушение различных экосистем на земле. Это справедливо, однако следует
действовать во всех направлениях, в том числе и охраны природы от
промышленных загрязнений. Внимание в России на водное хозяйство предприятий
металлургии и машиностроения следует обращать еще и потому, что сейчас
(вернее, с начала 90-х годов прошлого века) нет, и видимо, еще долго не будет
возможности создавать крупные водохозяйственные комплексы по
экономическим причинам. Поэтому реконструкция систем водного хозяйства должна,
прежде всего, решать две задачи: водохозяйственные объекты, особенно
комплексы по очистке сточных вод, должны быть малозатратными и
малогабаритными; они должны исключать крупное капитальное строительство.
109

Отсюда первоочередные проблемы, которые нужно и можно решать в этих
условиях, могут быть сформулированы следующим образом:
• переработка отработанных концентрированных технологических
растворов (электролитов, элюатов и др.);
• переработка и утилизация (уничтожение, складирование) образующихся
при очистке сточных вод осадков;
• доочистка до необходимых норм сбрасываемых в водоем или городскую
канализацию продувочных стоков;
• обработка и повторное использование различных категорий опасных
стоков.
Основное направление развития водного хозяйства предприятий отрасли
осталось прежним — создание замкнутых бессточных и безотходных систем
водного хозяйства (ЗСВ), точнее — локальных ЗСВ; при этом необязательно
организовывать их общезаводскими.
Следует решать задачи модернизации водного хозяйства предприятий
поэтапно, постепенно создавая локальные ЗСВ для наиболее «актуальных»
потоков сточных вод (иногда совсем небольших по расходу). Нужно заметить,
что создание современных локальных ЗСВ часто сопровождается применением
обессоливающих установок, что приводит к получению сверх чистой воды
(конденсата), использование которой в основной технологии становится все
более необходимым и внедряется, особенно в развитых странах, быстрыми
темпами.
Глава 3.
ПРОМЫШЛЕННОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ
Значение, роль и политика в сфере воспроизводства, использования и
охраны водных ресурсов сформулированы в «Концепции государственной
политики устойчивого водопользования в Российской Федерации» (принята в
1997 г.). Эта Концепция гарантирует реализацию прав нынешнего и будущих
поколений на пользование водно-ресурсным потенциалом, обеспечивающим
безопасный уровень качества жизни людей и в целом водную безопасность
России.
Сегодня наша страна находится под влиянием, как мирового, так и постсо
ветского развивающегося геоэкологического кризиса. Это заметно сказывает
ся на водопользовании: происходит качественное истощение водных ресур
сов, деградируют водосборы, чаще возникают крупные технические аварии"
огромные ущербы приносят стихийные бедствия. '
Можно говорить об отсутствии государственной водохозяйственной поли
тики по ряду причин: жесткая централизация системы управления,
нормировано

имя, распределения средств на поддержание и развитие водного хозяйства;
стратегия интенсивного водообеспечения; политика борьбы с последствиями,
а не с причинами загрязнения; разделение вопросов использования и охраны
вод; изолированный не бассейновый принцип выбора водохозяйственных
решений и многое другое.
Россия — федеративное государство, состоящее из территориально-
национальных образований—субъектов, обладающих определенной
юридической и политической самостоятельностью.
Вопросы владения, пользования и распоряжения водными ресурсами
относятся к совместному ведению федерации и ее субъектов. Расширение
политической самостоятельности территорий — субъектов федерации и
децентрализация властных полномочий в сфере водопользования вызывает необходимость
соответствующей корректировки системы и структуры управления водным
хозяйством.
Современные водные ресурсы и водное хозяйство России характеризуются
следующим.
Объем речного стока, формирующегося на территории России, составляет
4043 км3 в год A0% мирового стока) или 237 тыс. м в год на один квадратный
километр территории и 27,82 тыс. м в год на одного жителя. Дополнительный
сток из сопредельных государств равен 227 км в год.
По территории России протекает свыше 2,5 миллионов малых рек,
формирующих около половины суммарного объема речного стока. Из общего
количества малых рек 127 тысяч используется для нужд населения и хозяйственного
комплекса; в их бассейнах проживает до 44 % городского и почти 90 % сельского
населения страны.
В России насчитывается более 2 миллионов пресных и соленых озер, где
сосредоточено около 24,1 тыс. км пресных вод.
Свыше 10 % территории занимают болота. Это 3000 км3 статических и 1000 м]
ежегодно возобновляемых запасов воды.
В ледниках содержится 39890 км3 пресной воды, примерно ПО км
формируется ежегодно.
Подземные воды распространены по всей территории России и являются
одним из источников питания рек. Большая их часть непосредственно связана
с речным стоком и озерными котловинами. Объем естественных ресурсов
подземных вод оценивается в 787,5 км3 в год, разведанные запасы — 29 км3 в
год.
Около 60 % суммарного стока рек сбрасывается в окраинные моря
Северного Ледовитого океана. К этому водному бассейну относятся такие речные
гиганты, как Обь, Енисей и Лена, а также менее крупные реки — Северная Двина,
Печора, Яна, Индигирка, Колыма.
ш

Территория России омывается 13 морями. Общая площадь морской
акватории, попадающей под юрисдикцию России, составляет 7 млн. км".
Территориальная неравномерность, большая внутригодовая и многолетняя
изменчивость речного стока затрудняют обеспечение населения и хозяйства
страны необходимым количеством воды. Эта проблема решается за счет
регулирования стока рек водохранилищами.
Сегодня Россия имеет более 2000 водохранилищ, каждое объемом свыше
1 млн. ы\ В том числе 103 —крупнейших (объемом свыше 100 млн. м), их
полезный объем достигает 338649,2 млн. м3.
В настоящее время действует 37 систем межбассейнового
перераспределения стока суммарной протяженностью около 3 тыс. км. Ими
перераспределяется более 15 км воды в год.
Дляулучшешмводообеспечешш маловодных сельскохозяйственных районов
широко используются групповые водоводы, их протяженность составляет от
нескольких десятков до нескольких сотен километров. з
В производствешо-социальном комплексе страны используется около 200 км
воды в год, причем 70-75 км покрывается за счет отбора из природных
источников, 136 км3~засчетинженерного воспроизводства в оборотных,
повторно-последовательных и замкнутых системах.
На производственные нужды расходуется 63 % воды, отбираемой из
природных источников, на хозяйственно-питьевые цели—19 %, сельхозводоснаб-
жение с орошением —18 %.
Большинство промышленных объектов сосредоточено в крупных городах,
где преимущественное развитие получили объединенные промышяенно-
коммунальньге системы водоснабжения. Это приводит к неоправданно
высоким расходам воды питьевого качества на промышленные нужды (до 30^0 Л
суточной подачи городских водопроводов).
3.1 КАЧЕСТВА И СВОЙСТВА ПРИРОДНОЙ ВОДЫ
В естественных условиях вода не встречается в химически чистом
состоянии. В процессе круговорота в природе вода, соприкасаясь с воздухом,
почвой, осадочными и изверженными породами, насыщается различными
примесями, растворимыми и нерастворимыми веществами. Одновременно в ней
могут появляться растительные и животные организмы, а также продукт1-1 их
разложения.
Состав и концентрация примесей в воде (поверхностной и подземной) в
различных точках земной поверхности разнообразны. Можно считать, что волы»
текущие по поверхности, в большинстве мало минерализованы, не содержа
взвешенные минеральные и органические примеси.
112

Поверхностные воды содержат 80 % карбонатов, 13 % сульфатов и 7 %
хлоридов, а морские воды — 89 % хлоридов, 10 % сульфатов и 0,2 % карбонатов.
Подземные воды отличаются от поверхностных более высокой
минерализацией, отсутствием взвешенных веществ (минеральных и органических),
наличием (во многих случаях) газов, постоянной температурой (в пределах 5-
12 °С).
Основной причиной обогащения речной воды растворенными
неорганическими примесями являются грунтовое питание рек подземными источниками.
Грунтовое питание носит гораздо более устойчивый характер, чем
поверхностный сток.
Вода имеет некоторое качество и обладает определенными свойствами. Под
качеством воды понимается совокупность физических, химическим и
бактериологических показателей, обуславливающих ее свойство и пригодность для
использования в промышленном производстве, быту и т.п. Под свойством воды
следует понимать отличительную особенность, проявляющуюся при
определенном качестве ее и условиях, например, солевые отложения, вызывать
коррозию металла и т*п.
Плотность чистой воды при 35 °С и атмосферном давлении — 999 кг/м3. С
увеличением концентрации примесей плотность воды возрастает. Морская вода
с концентрацией солей 35 кг/м3 имеет среднюю плотность 1028 кг/м при 0 °С.
Изменение солесодержания на 1 кг/м3 изменяет плотность на 0,8 кг/м .
Вязкость ц воды с повышением температуры / уменьшается следующим
образом:
/,°С 0 5 10 15 20 25 30 35
р-10, Па-с. 1,797 1,523 1,301 1,138 1,007 0,895 0,800 0,723
С увеличением солесодержания вязкость воды повышается. Поверхностное
натяжение Q воды при 18 °С составляет 73, при 100 °С — 52,5 мН/м.
Теплоемкость воды при 0 °С составляет 4180 дж/(кг°С), а при 35 °С достигает
минимума. Теплота плавления при переходе льда в жидкое состояние составляет
330 кДж/кг, теплота парообразования равна 2250 кДж/кг при атмосферном
давлении и температуре 100 °С.
Вода — слабый проводник электрического тока: удельная электрическая
проводимость при 18 СС равна 4,9-КГ6 См/м D,41 ТО"8 1/Ом-см);
диэлектрическая постоянная равна 80.
На рис. 3.1 приведена диаграмма состояний воды.
При наличии лишь одной фазы (лед, вода или пар) 5 = 2, так что можно
произвольно менять как температуру, так и давление. Например, можно иметь
пар при любой температуре и под любым давлением, если, только не
перейдена та граница, при которой наступает конденсация. На рис.3.1. область пара
соответствует ограниченному участку плоскости, в пределах которого состоя-
113

Р, атм
5,5
5,0
4,5
4,0
~
Лед
4^
В
7
-
Вода
Пар
.1 .-1
С
-3 -2
Рис. 3.1. Диаграмма состояний воды
2 Т,°С
ние можно произвольно менять. Такая система с двумя степенями свободы
называется дивариантной. То же можно повторить относительно во,аы и льда,
каждому из которых соответствует на диаграмме свой участок плоскости-
Если состояние системы дошло до границы раздела между участками, то
начинается образование второй фазы. Например, при охлаждении пара п0д
давлением 1 ат. до 100 СС начинается его конденсация, а при нагревании ль^
под давлением 1 ат. до 0 "С — плавление. Появление второй фазы уменьшает
число степеней свободы до единицы (£= 3 -/= 3 - 2). Теперь уже давление и
температура не могут бьго> одновременно произвольно выбраны. Если две фаз^
находятся друг с другом в равновесии, то каждой температуре соответствуй
свое давление, и наоборот. Состояния существования двух фаз обозначены На.
рис.6 сплошными линиями; соответствующие им системы с одной степ to
свободы называются моновариантными. Кривая ОС называется кривой да е.
ния насыщенного пара над жидкой водой, ВО — кривой плавления и А -~~.
кривой возгонки (сублимации) или кривой давления насыщенного пара н До
льдом. пиинове.
Все три кривые сходятся в точке О, где три фазы сосуществуют в равв с^
сии друг с другом. Появление третьей фазы уменьшает число степеней ев оч
ды
при
до нуля (S~ 3 -/= 3-3) т.е. трехфазная система может существовать ЛИ1ЦЬ
одной определенной совокупности температуры и давления (для в 1:
+0.007600 °С и 0,457 мм. рт. ст.). Такая система называется инвариант > <>
точка О — тройной точкой. Правило фаз доказывает, что в одиокомпонен %
системе три кривые сходятся именно в одной точке, но не могут пересека ч,
так как в точке пересечения существовало бы четыре фазы, что, как уже г
рилось выше невозможно.
114

Вода может существовать также в перегретом и переохлажденном
состояниях; в последнем состоянии может существовать и пар. Этим
термодинамическим неравновесным метастабильным (лабильным) состояниям, нарушаемым
случайными внешними причинами, например, размешиванием
соответствуют свои линии раздела фаз (нарис. 3.1. — пунктир). Кним правило фаз
неприменимо, так как оно относится лишь к равновесию.
Диаграмма состояния воды усложняется при переходе к высоким
давлениям.
Для практических целей промышленного водоснабжения достаточным
является лабораторный контроль за физическими, химическими и
бактериологическими показателями воды.
Вода содержит целый ряд разнообразных примесей как органического, так и
неорганического состава.
Если все примеси, загрязняющие воду, сформировать в i-руппы по их
физико-химическому состоянию и размеру (по дисперсности), то можно
выделить четыре группы (табл.3.1).
В первую подгруппу входят взвеси довольно крупных частиц. В состав
крупных взвесей входят частицы плохо растворимых глин, песок, планктон,
карбонатные породы, нерастворимые гидроокиси металлов и др. Такие взвеси
неустойчивы и лепсо расслаиваются.
В состав второй подгруппы (тонкие взвеси) — суспензии (например,
суспензии глины в воде), эмульсии (нефть в воде), пены, а также бактерии (в том
числе болезнетворные). Эти суспензии более устойчивы и трудноразделимы
по сравнению с первой подгруппой.
В состав второй группы входят коллоидные и высокомолекулярные
соединения (ВМС). К ним относятся: минеральные частицы гумусовых веществ,
Табл и на 3.1
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИМЕСЕЙ ПРИРОДНЫХ ВОД
Фазовая
характеристика
Группы
Формы
нахождения вешес"-в
Размеры, мм
Прнл1еси
Устойчивость
Гетерогенные системы (дисперсные системы)
I
Взвеси
крупные
Более 10
Суспензии,
планктон
Весьма
неустойчивые
тотис
10 3-10 7
Суспензии,
эмульсии,
пены,
бактерии
Неустойчивые
II
Коллоиды (золи), ВМС
10 т—10 *
Органо-минеральные
комплексы,
гумусовые вещества,
электролитные растворы:
белковые тексы,
бактерии, вирусы
Довольно
устойчивые
Лимитирующий показатель
Ш
Молекулярные
растворы
10"*-10w
Газы,
летучие вещества,
органические
вещества
Устойчивые
JV
Ионные
растворы
Менее 10 10
Соли,
основания,
кислоты
Весьма
устойчивые
115

которые придают воде окраску. 1
дайжегруппемо^быть отнесены ***
кые микроорганизмы, в том числе вирусы. органические соеди-
В третью группу входят растворенные в воде газы и Р ^ и „удао-
нения, как биологического происхождения, например, rjft ^ вещества
кислоты, так и промышленного происхождения (фенолы и др-J- ^ &пь
придают воде привкус и запахи, иногда окраску. Некоторые из i -
токсичны. , j(
Четвертая группа объединяет вещества, диссоциирующие в воде на ^^
ним относятся сопи (в том числе соли жесткости), основания и кислоть,
рые присутствуют во всех водах.
Представляет интерес проследить, какими обратноосмотическими метод -
ми эти загрязнители могут быть удалены из водных растворов (рис. 3.2).
Содержание взвешенных веществ. Мутность. Количественное содержание
взвешенных веществ в воде может быть определено или непосредственно
весовым способом, или косвенно — путем определения мутности (или
прозрачности) воды.
Мутность воды обусловливается наличием в ней различного рода
механических примесей, находящихся во взвешенном состоянии: частиц песка, гаи-
™йГепнаХ,27Ц оргашяеЖ)го происхождения и др. Мутность обычно
ГктеТХ™1ИТН0ЯВ1И ИСТ0ЧНИК0В и равным обр^ом рек. От ха-
грунта, тем большее кошчесГ Г? E°№ Чем Меньше РщмеРы чаСТИЦ
_^^™"х несет Риса. Чем больше скорость течения.
г„с. 3.2. Области применения МЯВДи> ^^
""•"•«■«-„г»
116
»«1Г
MIU1)

тем больших размеров частицы могут увлекаться водой. При определенной
скорости течения воды частицы поддерживаются во взвешенном состоянии и
придают воде мутность. Мутность воды определяют специальными
приборами — мутномерами. В настоящее время для определения мутности стали
применять приборы, основанные на действии фотоэлементов — нефелометры.
Прозрачность воды измеряют в стеклянном цилиндре или стеклянной
трубке с сантиметровой шкалой. При этом определяют толщину слоя воды (в см),
через который еще виден нанесенный черной краской на белой пластинке
условный знак в виде двух крестообразно расположенных линий толщиной 1 мм
(крест) или специальный стандартный шрифт. Таким образом, прозрачность
измеряется в см вод. ст.
Содеркание взвешенных веществ в речной воде (а, следовательно, ее
мутность и прозрачность) меняется в течение года, возрастая в период дождей и
доходя до максимума в период паводков: Наименьшая мутность (наибольшая
прозрачность) речной воды наблюдается обычно в зимнее время, когда река
покрыта льдом. В озерах и искусственных водохранилищах мутность, как
правило, незначительна и обусловливается поступлением мутной воды из рек,
питающих данные водоемы, а также поверхностных стоков с их берегов. В
больших водоемах замутнение воды происходит в результате взмучивания
осадков со дна при волнении в ветреную погоду.
В РФ повышенной мутностью отличаются реки южных районов. Реки
средней и северной территорий и многие реки Сибири имеют значительно
меньшую мутность. Водам подземных источников, как правило, свойственна
большая прозрачность.
Использование мутной воды (без ее предварительного осветления) для
некоторых категорий потребителей нежелательно или даже недопустимо. Так,
вода для хозяйственно-питьевых нужд, не должна содержать более 1,5 мг/дм'
взвешенных веществ.
Многие производственные потребители могут использовать воду с
содержанием взвешенных веществ более высоким по сравнению с допускаемым
для питьевой воды. Однако для ряда производственных потребителей
использование мутной воды нежелательно. Так, использование воды,
содержащей механические примеси, для охлаждения влечет за собой в некоторых
случаях быстрое засорение охлаждающей аппаратуры. Допускаемое
содержание взвеси в охлаждающей воде зависит от типа этой аппаратуры.
Цветность. Желтоватый, коричневый илн желто-зеленый оттенки воды
природных источников объясняются главным образом присутствием в воде
гумусовых и дубильных веществ, органических соединений, соединений
железа, «цветением» водоемов.
Цветность свойственна воде рек, питающихся частично болотной водой, а
иногда и воде водохранилищ. Измеряется цветность в градусах по так называе-
117

мой ппатинокобальтовой шкале путем сравнения исследуемой воды своррч,
имеющей эталонную цветность. Цветность питьевой воды, подаваемой
водопроводом, не должна превышать 20 град. Для определения цветности исполь-
зуют также фото калориметры и спектрофотометры, измеряющие оптическую
плотность воды.
Использование воды со значительной цветностью на тех предприятиях, где
происходит непосредственное соприкосновение воды с фабрикатами в
процессе их изготовления (например, в текстильной промышленности), может
вызвать ухудшение качества продукции.
Запахи и привкусы воды. Наличие запахов и привкусов у воды природных
"очников ^Условливается присутствием в ней растворенных газов,
различных минеральных солей, а также органических веществ и микроорганизмов.
*»пах и привкус имеют болотные и торфяные воды, а также воды, содержащие
Роводород; в ряде случаев запах обусловливается присутствием в воде жи-
к или гниющих после отмирания водорослей. Неприятный запах имеет вода
дехлорирования при наличии в ней некоторых количеств остаточного хлора.
юы вГИТСТЬ 3апаХа'как прав™0* Увеличивается с повышением темнерату-
но шГ1' КУС солонова™й и даже горько-солоноватый часто имеют силь-
№радИЗовашше .„да подаешых ИСТ0ЧНИ1ЩВ.
ловН^ГЛИЧеС1Ее1ШоЙ очешм запаха и привкуса воды применяют обычно ус-
чт/nuJ^ ЛШу1° шкалУ СдаДУет, однако, отметить, что эта оценка в зна-
чивог™ Мере сУ&ек™на, так как зависит от индивидуальной
восприимчивости исследователя.
пей змаТ™0™6 случаев ПРИ использовании воды для производственных це-
Указыватъ11 ^ В°ДЫ °а№ "° Се6е несУЩественны. Однако натичие их может
Темпепп М Присутс'1вие в воде нежелательных примесей,
в течени ЩР° ""^ TcMn4*iypa воды поверхностных источников колеблется
к нулю ™эv0!?ссьмаШирокихпределах (длятерритории РФ — от близкой
анские име7 * m°W И ВЫШе)' Воды подземные, в особенности артези-
Для пи™ °Т П04™ ПОСТОЯН«УЮ температуру в течение года.
7-120 °С Ч6ЛеЙ НаИб0Же желате,1ьно использование юды температурой
Шей на ох еШе" НЮКая температура весьма желательна для воды, иду-
шить копии.™6 ИЛИ На к°ВДенса«ию пара, так как она позволяет
уменьшу количество расходуемой воды.
азот 2^'~в0дегаЗЬ1~Х(ЖШ3^ углекислоты, сероводород, метан и
кисловоп г, ие для оценки ее качества. Так, углекислота, сероводород,
по отн™1 ЮТ В°Де При определенных условиях коррозионные свойства
ношению к металлам и бетонам. В табл. 3.2. показана растворимость
rails

зов в воде при парциальном давлении (та часть общего давления в газовой
смеси, которая обусловлена данным газом или паром) 0,1016 МПа в
зависимости от температуры.
Сероводород в природных водах встречается органического (продукт
распада органических соединений) и неорганического (растворение
минеральных солей — серного колчедана, гипса и др.) происхождения. Присутствие
сероводорода в поверхностных водах встречается в придонных слоях в
незначительных количествах. В подземных водах оно наблюдается до нескольких
десятков мг/дм . Присутствие сероводорода в воде придает ей неприятный
запах, способствует коррозии металла и может вызвать зарастание
трубопроводов в результате интенсивного развитии серобактерий. Сероводород в
зависимости от рН воды может присутствовать в виде слабодиссоциированной
кислоты — H2S, гидросульфидных — HS" или сульфидных ионов. Эти
зависимости имеют важное значение при решении задачи удаления сероводорода из
воды.
Кислород попадает в воду при ее контакте с воздухом. Артезианские воды
кислорода не содержат, а в поверхностных его концентрации довольно
велики. В поверхностных водах содержание кислорода меньше теоретического за
счет различных организмов, брожения, гниения органических остатков и т.п.
Резкое снижение содержания кислорода в воде указывает на ее загрязнение.
Растворенный в воде кислород интенсифицирует коррозию металлов,
поэтому в питательной воде теплоэнергетических установок содержание
кислорода ограничено.
Таблица 3.2
РАСТВОРИМОСТЬ ГАЗОВ В ВОДЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
СО;
H2S
SO;
а2
сю2
НС1
NH3
О;
Оз
сн,
-J*
0
0,33
0,66
—
1,44
2,70
45,7
40,7
48,9
17,4
55,0
23,3
10
0,23
0,54
13,3
0,95
6,01
43,4
40,5
Р
38,0
14,0
41,8
18,3
Температура поды, °С
20 1 30 40
50
Растворимость, % по массе
0,17
0,44
9,4
0,71
8,70
41,9
34,5
0,13
0,35
7,2
0,56
40,2
28,7
0,10
0,28
5,5
0,45
38,7
23,5
10,08
—
14,3
0,38
37,3
18,6
астворимость, см3/дм\ приведенная к °
31,0
9,2
33,1
15,1
26,1
4,7
27,6
12,8
23,1
2,0
23,7
11,0
20,9
0,5
21,3
9,6
60
10,07
—
13,1
0,32
35,9
—
С
119,5
—
19,5
8,2
80
—
—
12,1
0,22
—
—
—
117,6
17,7
5,1
100
—
—
0
0
—
—
117,0
—
17,0
0
119

Азот в природные воды проникает из воздуха при разложении
органических остатков, а также при восстановлении соединений азота денитрофици-
руклцими бактериями. Образующийся в воде в процессе гниения растений
аммиак существенно влияет на технологию хлорирования воды.
Метан присутствует в природных водах, используемых для водоснабжения,
как правило, в незначительных количествах. Однако в болотных водах, где
протекают процессы разложения клетчатки растительных остатков, а также в
подземных водах газонефтеносных районов содержание метана достигает 30мг/
дм и более.
Гидробионты, населяющие природные воды, в процессе
жизнедеятельности влияют не только на состав окружающей водной среды, но и на качество
воды. Их подразделяют на:
* планктон — обитатели, пребывающие в толще воды от дна до
поверхности; среди них различают плавающие, пассивно парящие и полуподводные
(плейтон) организмы; взвешенные в воде остатки их органического и
неорганического происхождения называют детритом;
* бентос — обитатели, находящиеся на дне водоема; среди них встречаются
подвижно или неподвижно прикрепленные, свободно лежащие и ползающие
по дну организмы, сверлящие дно, закапывающиеся;
• неЙстон — организмы, населяющие поверхностную пленку воды и
адаптировавшиеся к жизни в специфических условиях ее поверхностного
натяжения;
• нагон — организмы (моллюски, ракообразные, коловратки и др.),
пребывающие зимой в толще льда в состоянии анабиоза, оживающие весной и
пребывающие среди бентоса или планктона.
На процессы формирования и самоочищения воды гидрофация оказывает
значительное влияние, так как многие ее представители (зоопланктон и зообе^-
тос) используют растворенные органические вещества, некоторые жнвотные-
фильтраторы употребляют для питания бактерии, водоросли и т.п.
Гидрофлора водоемов определяется макро- и микрофитами. К первым от
носится высшая водная растительность, а ко вторым — водоросли
(фитопланктон и фитобентос). В результате фотосинтеза увеличивается
растворенного в воде кислорода и снижается концентрация в ней свободно^
углекислоты, наблюдается снижение ВПК и содержания аммонийных солеи,
одновременно наблюдается возрастание нитритов, нитратов и окисляемостй-
При отмирании и разложении микрофитов вода обогащается органическим
веществами, появляются пахнущие вещества, ухудшая оргаиолептически
показатели качества воды.
Микрофиты, подразделяемые на зеленые, синезеленые, эвгленовые,
диатомовые и др., не только поглощают углекислоту, кислород, а синезеленые азо
(включая аммиак), но и продуцируют кислород. Наличие в колониях водорос-
120

лей газовых вакуолей позволяет им находиться в верхних слоях воды. На
глубине свыше 15 м интенсивного развития микрофитов не наблюдается из-за
низкой температуры воды, отсутствия света, увеличения гидростатического
давления и захоронения в донных отложениях биогенных элементов.
Массовое развитие микрофитов в теплое время года, цветение воды, вносит в
технологию улучшения ее качества, особенно для питьевых целей, значительные
трудности, так как возникает- необходимость в ее дезодорации и удалении
планктона.
Бактерии и вирусы из числа патогенных, т.е. паразитов, живущих па живом
субстрате, развивающихся в воде, могут вызвать заболевания брюшным
тифом, паратифом, дизентерией, бруцеллезом, инфекционным гепатитом,
острым гастроэнтеритом, сибирской язвой, холерой, полиомиелитом,
туляремией, конъюнктивитом и т.д.
Интересно отметить, что бациллы в неблагоприятных жизненных условиях
образуют споры, которые могут сохраняться в жизнеспособном состоянии в
течение сотен лет. При попадании в благоприятные условия споры
прорастают, и бакгерии начинают вновь размножаться.
Вирусы—мельчайшие живые существа размером 16-30 мкм, видимые только
под электронным микроскопом. В отличие от бактерий они не имеют
клетчатой структуры, а состоят из нуклеиновой кислоты, покрытой белковой
оболочкой. Они имеют шаро- и кубообразную форму, а также форму прямых и
изогнутых палочек. Вирусы являются внутриклеточными паразитами. Среди них
встречаются бактериофаги, паразитирующие в клетках бактерий и
вызывающие их разрушение и гибель.
Вирусы не размножаются на искусственных питательных средах. На холоде
фильтрующиеся вирусы сохраняют свою активность на протяжении многих
лет. При высушивании они приобретают стойкость к повышенным
температурам. При температуре 900 °С вирусы погибают. Некоторые энтеровирусы, в
частности вирусы Коксаки, сохраняют инфекционные свойства при 4-6 °С до
11 дней. Энтеровирусы более устойчивы к действию ультрафиолетовых лучей
и хлора, чем кишечная палочка. Следует отмстить, что коагуляция примесей
воды снижает содержание вирусов в воде на 40 %, а кишечная палочка при
этом удаляется на 85 %.
Между микробами водоемов существуют взаимоотношения симбиотиче-
ского, нейтрального и антагонистического характера. Антагонисты бактерии
различные грибки, выделяющие антибиотики (пенициллин, стрептомицин и
др.) летально действуют на микробы, что способствует самоочищению
водоемов.
Для каждого вида микробов существует оптимальное значение рН среды.
Отклонение от этой величины вызывает коагуляцию коллоидов протоплазмы
и нарушается каталитическая функция ферментов клетки. Для многих бакте-
121

рий оптимальным, является рН воды 7,0. однако для нитри шых бадарии5'~
8,8, для нитратных — 6,5-9,3, для серобактерии 1,0 4.0, для кишечной ла-
лочки — 4,4-7,8. Солнечный свет и ультрафиолетовые лучи оказывают
летальное действие на микробы.
В связи с тем, что при биологическом анализе воды определение патогенных
бактерий затруднено, бактериологические определения сводятся к нахождению
общего числа бактерий в 1 мл воды, растущих при 37 "С и кишечной палочки
— бактерии коли. Наличие последней имеет индикаторные функции, т.е.
свидетельствует о загрязнении воды выделениями людей и животных и т.п.
Минимальный объем испытуемой воды (мл), приходящийся на одну кишечную
палочку, называют колититром, а количество кишечных палочек в 1 л воды--
колииндексом. Допускается колииндекс до 3, колититр не менее 300, а оо-
щее число бактерий в 1 мл — до 100.
Химические показатели качества воды характеризуются ионами,
составляющими оснегагую часть природных вод: катионы- Са2'. Mg" ,K ,Na и в
небольших количествах могут быть Fe2* и Fe5*, а также AI1'; анионы НС05, CU, ,
СГ, S042". Кроме того, в природной воде присутствуют в том или ином
количестве растворенные газы — 02, С02 и иногда SO,. В загрязненных водах помимо
перечисленных находятся ионы N02~, NO,, S,." РО/ , а также в тех или иных
концентрациях Fe2', Fe3*", Al**, Cu2*, Zn2* и др.
Концентрации ионов в воде различных источников не одинаковы.
Разнообразие химического состава и концентрации ионов в природных водах
классифицируется у нас в стране по принципу, деления их по преобладающим
анионам и катионам.
Все природные воды делятся по преобладающему аниону (по эквивалентам)
на 3 класса: гидрокарбонатных (и карбонатных) (НСО, + СО," ), сульфатных
(SO,,2! и хлоридных, (СГ) вод.
Поверхностные воды большей частью имеют гидрокарбонатно-калышевый
состав, т.е. среди анионов в них преобладает анион НСО, , а среди катионов
Са2*. Появление иона НС03' в воде прямо или косвенно связано с
деятельностью организмов (растворение С02 атмосферы, дыхание водных организмов,
разложение мертвых остатков растений и животных, почвообразование на
берегах и др.).
Следует иметь в виду, что химические элементы мигрируют в водах в виде
ионов, недиссоциированных молекул или коллоидных частиц. По
интенсивности миптлции элементы делятся на очень подвижные {например, анионы
серы, хлора и др.), подвижные и слабоподвижные катионы (Са2*, Na2", Mg",
К*,Р*идр.).
Ниже приведены показатели качества воды.
Активная реакция (рН) или степень кислотности или щелочности,
характеризуемая количественно концентрацией водородных ионов Н*.
122

Большинство природных вол имеет величину рН в пределах 6,5-8,5.
Величина рН поверхностных вод в связи с меньшим содержанием в них CO., обыч-
но больше, чем величинв рН подземных вод.
Кроме С02 на величину рН природных вод может влиять наличие
органических гуминов и таниновых кислот (в болотных водах), а также кислые
сточные воды.
Общая щелочность Щ характеризуется наличием главным образом бикар-
бонатных ионов (НС03~) и карбонатных ионов (С03~2). В сточных водах она
может зависеть, кроме того, от присутствия гидроксильных ионов ОН".
Общая щелочность воды обуславливается широким диапазоном составляющих:
1//11=[соГ]+1[нсо3-]+1[н810з]+^[н2со3]+
222 C.1)
+ {[HPOi-]+l[n2POi]+|[HS-]+^H-]+l[NHj]
Суммарная концентрация кальция и магния определяет общую жесткость
воды
Са* Mg2* з
Жо=Ш+71Лбмг-экв/лм-
Карбонарная жесткость воды Жк зависит от совместного присутствия в
воде кальция Са2\ магния Mg2"" и бикарбонатного иона НС03~, т.е.
бикарбонатов кальция —Са (НС03J и бикарбонатов магния--- Mg (НСОД.
При (Ca24Mg2+) мг-экв/дм3 > (HCOJ_) мг-экв/дм3
ж =НСОз. мг_экв/дм3, C.2)
к 61,02
где НС03" — содержание бикарбонатного иона в воде, мг/дм ; 61,02 —
эквивалентный вес бикарбонатного иона;
Некарбонатная жесткость воды Жик представляет собой разность между
общей и карбонатной жесткостью:
Ж =Ж -Ж мг/дм3. C.3)
ПК О К
Хлоридный ион (анион) СГ содержится почти во всех водах; отчасги это
объясняется хорошей растворимостью хлористых солей. Содержание его
изменяется в самых широких пределах.
123

Сульфатный ион S042" распространен, как и ион О", хотя бы в малых
количествах повсеместно; в сильно минерализованных водах его меньше, чем СГ, в
слабоминерализованных — обычно больше.
Железо FeoS в природных и оборотных водах может быть в растворенном
или нерасширенном состоянии
Feo6ll,=Fe2++Fe3++FeCB1B +Fe C.4)
^ss^ 'assess.
Общее солесодержание представляет собой сумму всех растворенных в воде
веществ, которые определяют выпариванием профильтрованной пробы,
высушиванием при 105 "С полученного остатка (сухой остаток) до постоянного
веса и его взвешиванием. Сухой остаток характеризует содержание
минеральных и частично органических примесей (солей), температура кипения
которых заметно превышает 105 "С, нелетучих с водяным паром и не
разлагающихся при указанной температуре.
В воде источника, используемого для хозяйственно-питьевых целей, сухой
остаток не должен превышать 1000 мг/дм и в особых случаях 1500 мг/дм .
Величина сухого остатка лимитируется также в воде, поступающей для
питания паровых котлов и используемой в ряде производств (синтетического
каучука, искусственного волокна, кинопленки и др.).
Свойства воды характеризуются в значительной мере углекислотным
равновесием. От наличия в воде углекислоты и концентрации ее форм зависит
стабильность воды, т.е. склонность к образованию карбонатных отложении
или коррозии металла в системах водоснабжения, особенно при
использовании воды в обороте в качестве теплоносителя (охладителя).
В природных водах углекислота может быть в трех видах: в виду
«свободной» двуокиси углерода С02, находящейся в виде растворенного в воде газа и
недиссоциированиых молекул Н/Х^; в виде полусвязанной углекислоты (би-
карбонатные ионы НСО,-); в виде связанной углекислоты (карбонатные ионы
СО 2~)- Часто углекислые соли составляют более половины общего количества
солей, растворенных в природных водах. Обогащение этих вод углекислотой
происходит вследствие химических и биохимических процессов,
протекающих в грунтах и в воде при соприкосновении.
Бикарбонатные и карбонатные ионы образуются при разложении
двухосновной угольной кислоты, имеющей две ступени диссоциации:
Н2С03->Н++НСО;, C-5)
HCOJ~>H++HCO?\ C-6>
124

Этими уравнениями определяются количественные соотношения между
различными формами углекислых соединений, присутствующих в воде.
Количественные соотношения между различными формами углекислоты
определяется уравнениями диссоциации первой и второй степени. Константы
диссоциации первой и второй степени Я, и К^ зависят от концентрации
водородных ионов, поэтому существование различных форм углекислоты
определяется величиной рН.
Из рис. 3.3 следует, что при рН 3,4-й-,0 вся находящаяся в воде углекислота
представлена только углекислым газом С02. По мере повышения значения рН
доля СО, уменьшается, а следовательно возрастает доля гидрокарбонатов. При
рН = 8,3-5-8,4 практически вся углекислота находится в виде гидрокарбонатов
(98 %), а на долю С02 и С03 приходится менее 2 %.
При дальнейшем повышении значения рН (более 8,3-8,4) свободного
углекислого газ в воде нет, а в растворе находятся только карбонаты.
Экспериментально щелочность определяют титрованием соляной или серной кислотой
последовательно с индикаторами фенолфталеином и метилоранжем.
Окисляемость воды — количество кислорода в мг/дм , эквивалентное
расходу окислителя, необходимого для окисления примесей в данном объеме
обуславливается присутствием органических и некоторых легкоокисляющихся
неорганических примесей, таких, как железо (II), сульфиты, сероводород и др. В
зависимости от применяемого окислителя различают перманганатную и бих-
роматную окисляемость. При этом окисляемость в 1 мгО/дм' соответствует
окисляемости 0,253 мг/дм3 КМп04.
Резкое повышение окисляемости воды свидетельствует о ее загрязнении
сточными водами, поэтому по величине окисляемости природной воды можно
сулить о ее гигиенической характеристике. Для питьевой воды окисляемость не
лимитируется, но она ограничивается для питательной воды котлов, так как
вызывает ее вспенивание, ограничивается для охлаждающей воды из-за
'«■ 3.3. Соотношение форм угольной кислоты в зависимости от рН раствора.
125

возможного биообрастания труб и аппаратуры, лимитируется для воды,
используемой при изготовлении синтетических волокон и пластмасс, и т.п.
Повышенное значение отношения цветности к окисляемости указывает на
преобладание в воде устойчивых гумусовых веществ болотного
происхождения, а пониженное — о преобладании гумусовых веществ планктонного
происхождения. Промежуточные значения этого отношения указывают на
преобладание почвенного гумуса. Окисляемость воды после коагулирования,
отстаивания и фильтрования снижается меньше, чем цветность.
Самоочищение водоемов сопровождается процессом потребления
растворенного в воде кислорода. Различают химическую потребность в кислороде
(ХПК) и биологическую потребность в кислороде (БПК).
Содержание азотистых соединений. Наличие азотсодержащих соединении
— нитратов (N03~), нитритов (М02~) И аммонийных солей (NH4') — в воде
поверхностных источников или в подземных водах может быть следствием
загрязнения этих вод сточными водами. При этом наличие аммонийных
соединений указывает на свежее загрязнение, а наличие нитритов — на
относительно недавнее загрязнение. Содержание в воде нитратов может указывать
на давнее (уже ликвидированное) загрязнение источника сточными водами.
Однако нитраты, обнаруженные в водах источника, могут быть и
неорганического происхождения и не свидетельствовать о загрязнении источника.^
Б питьевой воде допускается содержание нитратов (по N) не более 10 мг/дм -
3.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
На промышленных предприятиях вода расходуется на
хозяйственно-питьевые нужды, полив зеленых насаждений и территории промпредприятиЙ,
пожаротушение, я главное, на технологические нужды.
На промышленных предприятиях используют воду раз личного качества:
• питьевую, которая предназначена для хозяйственно-питьевых целей;
• техническую свежую, которая забирается из природного источника и
подается для производственных целей (очищенная или неочищенная)
непосредственно потребителям или на восполнение системы оборотного
водоснабжения;
• технологическую, приготовленную из технической воды путем
использования специальных технологических приемов (умягчения, обессоливания и
т п ) в зависимости от требований, предъявляемых производством;
• оборотную, применяемую в технологическом процессе после очистки,
охлаждения и кондиционирования, снова подаваемую для тех же целей;
• последовательно используемую, которая расходуется поочередно в несколь-
производственных процессах без промежуточной обработки и охлаЖДе"
ния;
126

• сточную, повторно используемую, которая после расходования в
технологическом процессе и соответствующей очистки частично или полностью
повторно используется для тех или иных технологических целей.
На промышленных предприятиях вода используется для следующих
технологических целей: для охлаждения оборудования, сырья и продуктов (вода
нагревается через стенки теплообменников и практически не загрязняется); в
качестве среды, транспортирующей механические или растворенные
примеси, попадающие в воду при мойке, обогащении и очистке сырья или продукта
(вода загрязняется, но обычно не нагревается); для растворения реагентов,
используемых в производствах, для получения пара и т.д. (вода в основном
входит в технологический продукт, и лишь часть ее направляется в сток с
отходами производства); для комплексного использования в качестве охладителя
продукта, транспортной среды и поглотителя примесей (вода нагревается и
загрязняется).
В производственном водоснабжении вода в основном используется для
охлаждения, промывки, замочки, увлажнения, парообразования, гидротранспорта,
изготовления продукции и т.д. Использование воды для охлаждения по
масштабам значительно превосходит все остальные виды потребления, причем
удельный вес этой категории в общем, объеме производственного
водоснабжения продолжает расти. К этой категории относится расходование воды для
конденсации пара, отходящего от паровых турбин электростанций^ для
охлаждения различных печей, машин и аппаратуры в металлургической,
нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности. Вода для
промывки и замочки расходуется в больших количествах на нужды
целлюлозно-бумажной, шерстеобрабатывающей, текстильной промышленности,
промышленности искусственного волокна и др. На гидротранспорт различных
материалов вода расходуется в самых разнообразных отраслях
промышленности (в том числе шлако- и золоудаление на теплосиловых станциях,
транспортирование шлака в доменных цехах, отходов обогатительных фабрик и т.д.).
В структуре водопользования Российской Федерации промышленность
является главным потребителем свежей воды. Основные показатели
количественного использования водных ресурсов в промышленности за 1991-1995 гг.
представлены в табл. 3.3.
Данные государственного учета использования вод свидетельствуют о том,
что доля забираемой промышленными предприятиями свежей воды (включая
морскую и попутно забранную при добыче полезных ископаемых)
изменялась от 48,7 % A991 г.), 48,2 % A993 г.) до 45,5 % A995 г.). За пятилетие объем
водозабора сократился на 12884 млн. м3 B3 %), в среднем 4,6 % в год.
В 1995 г. непосредственно на производственные нужды промышленными
предприятиями было израсходовано 32672 млн. м пресной воды, что
составило 73 % к уровню 1991 г. Расход воды в системах оборотного и повторно-
127

ОСНОВНЫЕ
Таблица J-J
ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
В ПРОМЫШЛЕННОСТИ, вши. м'/год
Показатели
Забрано воды из водных
объектов, всего
из подземных источников
I Использовано свежей воды,
i всего
морской
пресной
Использовано пресной воды на
пркда:
хозяйствекно-иитьевые
орошения
селхозводоснабжения
Сброшено сточных, шахтно-
рудничных
и коллекторно-дренажиых вод в
поверхностные водные объекты
в том числе:
цормативно-ч истых
требующих очистки, всего
из них:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и
повторно-последовательного
водоснабжения
Суммарный расход на цели
водоснабжения
Мощности очистных
сооружений, всего
перед сбросом в водные
объекты
последовательного водоснабжения снизился за 1991-1995 гг на 20 % (в W85"
1990 гг., наоборот вырос на 17,5 %). Суммарный расход воды на нужды
промышленности в 1995 г. равнялся 177435 млн. м3 G9 % к уровню 1991 г.). В
целом по промышленности Российской Фед^ 3K0H0Jn свежей воды на
технологические нужды за счет в„едренш Си<Гтем оборотного и повторно-пос-
T&TZwS^Z Тх к сос~7б* %> »^г- -77-6 %'
128

Использование на производственные нужды воды питьевого качества
сократилось за пятилетие на 33,7 %. составив в 1995 г. 2524,8 млн. м .
По отношению к каждому предыдущему году объем внутреннего валового
продукта Российской Федерации (в сопоставимых ценах) в 1996 г. составил
97 %, в 1997 г. — 100,8 %, в 1998 г. - 95 %, в 1999 г. - 103 %, а индекс
промышленного производства — 102 % в 1997 г., 94,8 % в 1998 г., 108,1 % в 1999 г. и
111,9% в 2000 г.
В целом по промышленности объемы забора воды из природных водных
объектов, потребления свежей воды, водоотведения в поверхностные водные
объекты, а также расхода воды в оборотных и повторно последовательных
системах водоснабжения составляли (но отношению к каждому
предыдущему году): в 1996 г. — 96,97,97 и 96 %, в 1997 г. — 100,98,99,5 и 97 %, в 1998 г.
— 93, 96, 96 и 96%, в 1999 г. — 104,3, 103,7, 104,8 и 103,4%, в 2000 г. — 97,7,
100,05, 100,2 и 105% (табл. 3.4).
Суммарный расход воды на цели водоснабжения за пять лет снизился на 601
млн. м @,5%). Доля расхода свежей воды и воды в системах оборотного и
повторно-последовательного водоснабжения составила соответственно 23 и
77 %.
Объем воды, используемой непосредственно на производственные нужды
промышленных предприятий, в течение 1999-2000 гг. повышался, но не
достиг уровня 1996 г.
В 2001 и 2002 гг. в структуре использования свежей воды (пресной и
морской) ведущее место, как и ранее принадлежит промышленности E9,05 % от
суммарного объема водонотребления), близки по объемам использования
жилищно-коммунальное B0,95 %) и сельское хозяйство A9,2 %), на прочие
отрасли приходится 0,8 %.
В 2002 г. в структуре отраслевого водопользования отмечены следующие
изменения: на 2,75 % увеличилось использование воды промышленностью,
на 0,6 % и 0,8 % снизилось использование воды на нужды сельского хозяйства
и доля ЖКХ.
Суммарный расход воды на цели водоснабжения промышленности России с
учетом оборотного и повторно-последовательного водоснабжения в 2002 г.
составил 169709 млн. м\ или 99,4 % к 2001 г. (табл. 3.5).
Объем воды в системах оборотного и повторно-последовательного
водоснабжения в 2002 г. несколько вырос и составил 133794,1 млн. м3 A00,5 % от 2001 г.).
Оборотное и повторно-последовательное водоснабжение преобладало в
структуре суммарного водопотребления многих территорий Российской
Федерации: Смоленской (99,5 %), Курской (94,2 %), Рязанской (90,1 %),
Челябинской (89,8 %), Саратовской (89,6 %), Липецкой (88,2 %), Свердловской
(88,1 %), Тульской (87,8 %) областей, Республики Саха (Якутия) (89,9 %).
Согласно данным статистики, системы оборотного и повторного водоснабжения
129

Таблица 3.4
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
В ПРОМЫШЛЕННОСТИ, млн. м'
Показатели
Забрано воды из водных
объектов
в том числе из подземных
источников
Использовано свежей воды
в том числе:
морской
пресной
Использовано пресной воды
на нужды:
хозяйственно-питьевые
производственные
орошения
сельскохшяйсгвенного
водоснабжения
Сброшено сточных, шахтно-
рудничных н коллекторно-
дренаяшых вод в
поверхностные водные объекты
в том числе:
нормативно-чистых
требующих очистки
из них:
сброшено без очистки
недостаточно
очищенных
нормативно-
очищенных
Расход в системах оборотного
и повторно-
последовательного
водоснабжения
Суммарный расход на цели
водоснабжения
Мощность очистных
сооружений
в том числе перед сбросом в
водные объекты
Чеченской
1996 г.
42148
3867
40543
4852
35691
2472
31724
39
34
34558
26018
8540
2132
5312
1096
130794
171337
14897
14230
Pecnvf
1997 г.
42151
3620
39679
5291
4388
2173
30884
19
22
34375
25967
8408
2304
5031
1073
126537
166216
15126
14482
1998 г.
38981
3456
37938
4303
33635
2007
30451
26
16
33026
25114
7912
2312
4556
1044
120945
158883
14063
13481
1999 г.
40674
3322
39355
5289
34066
1916
31149
22
13
34597
27175
7422
1961
4484
977
125018
164373
13670
12919
2000г.
39726
3421
39355
5115
34220
1842
31359
И
8
34662
27275
7387
1969
4545
873
131401
170736
13 260
12539
Прирост за 5 лег
МЛН. М
-2422
-446
-1208
263
-1471
-630
-365
-28
-26
io4
1257
-1153
-163
-767
-223
607
-601
-1637
-1691
/. 0 РесП
-6
-11,5
5
-4
-25
-76
5
-13,5
-8
-14
-20
0,5
"tE4~"
-12
убяике
Калмыкия.
Цифры эти (% оборотного водоснабжения) явно завышены, т.к. доб*«* '
например величины 99,5 % (Смоленская обл.) теоретически невозможно-
130

Таблица 3.5
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
В ПРОМЫШЛЕННОСТИ, млн. м1
Показатели
Забрано воды из водных объектов
в том числе из подземных
источников
Использовано свежей воды
в том числе:
морской
пресной
Использовано пресной воды на
пуэкды:
хозяйственно-питьевые
производственные
орошения
сельскохозяйственного
водоснабжения
Сброшено сточных, шахтно-рудничных
и коллекторно-дренажных вод в
поверхностные водные объекты
в том числе:
нормативно-чистых
требующих очистки
из них:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и
повторно-последовательного
водоснабжения
Мощность очистных сооружений
в том числе перед сбросом в водные
объекты
2001 г.
40538
3402
39571
5963
33608
1899
30816
9.6
7.8
35198
27954
7244
1915
4436
893
131181
12526
11747
2002 г.
39723
3272
38304
5229
33076
1851
30319
11.65
12,9
33775
26719
7056
1997
4378
881
131405
12446
11598
Прирост за 2002 год
M.IH. М
-815
-130
-1267
-734
-532
-48
-497
2.05
5,1
-1423
-1235
-188
118
-58
-12
224
-80
-149
%
-2
-3,8
-3.2
-12
-1,6
-2,5
-1,6
21.3
65
4
-4
-2,6
-6
-1.3
-1,3
0,2
-0,6
-1.2
I
нако они вполне приемлемы как сравнительная характеристика совершенства
систем водного хозяйства промышленных предприятий той или другой
территории. В табл. 3.6, 3.7 приведены данные водопотребления в 2003 г. Данные
по использованию свежей воды в федеральных округах приведены в табл. 3.8.
По нашему мнению, суммарный расход воды в промышленном
водоснабжении в ближайшие годы будет незначительно увеличиваться вместе с ростом
промышленного производства.
131

основные показатеж использования водных ресурсов ца 3'6
В ПРОМЫШЛЕННОСТИ, млн. м»
Показатели
Забрано воды из водных объектов
в том числе из подземных
источников
Использовано свежей воды, всего
Использовано пресной воды на нужды:
хозяйственно-питьевые
производ ственн ые
орошения
сельскохозяйственного
водоснабжения
2002 г.
39723
3272
38304
1852
35547
11,65
12,9
Сброшено сточных, шахтно-рудничных
и коллекторно-дренажнта вод в
поверхностные водные объекты
в том числе:
нормативно-чистых
требующих очистки, всего
из них:
сброшено без очистки и
недостаточно очищеЕшых
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и
поаторно-носледоватвиьйстс
водоснабжения
33775
26719
7056
6175
881
2003 т.
390Б9
3080
37680
1656
35071
6,53
12,1
131405
32994
26323
6671
5851
820
1331Ю
-196
-476
-5,12
-■0,8
-781
-396
-385
-323
-61
П05
-10,6
-1,3
-50
-6,2
-2.3
-1.5
-5,5
-5
-1
КЗ
ОТВЕДЕНИЕ СТОЧНЫХ, ЩАХТНП Pvnir.„. Т а 6 л и ц а 3.7
Отрасли экономики
Всего по РФ
Пром ышлеи ность.
всего
[Черная металлургия
Цветная
[Металлургия
псего
всего
jgg^M.Tjttgnmw „ другкх вод
^^!^^ объекты
нормативно-
очищенных
2289,48
99,6
820,16
93,1
19,25
95,4
-133.42
97,2
иорматшию-
чистых без очистки
1492,6
96,8-
9Ы
97,7
12,96
132
35,97
86,7
132

3.3. БАЛАНС ВОДЫ В СИСТЕМЕ
ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Для систем водообеспечения промышленных предприятий (оборотных
циклов) рекомендуется составлять баланс воды, включающий лагери на сбросы и
необходимое добавление компенсирующих расходов воды в систему.
Поступление воды в систему осуществляется не только от источников
водоснабжения и после повторного ее использования, но также с исходным сырьем и
полуфабрикатами, со вспомогательными веществами (топливом, реагентами и
т.п.), С атмосферными осадками (дождем, растаявшим снегом), в виде шахт-
Таблица 3.8
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВЕЖЕЙ ВОДЫ, ЗАБРАННОЙ ИЗ ПРИРОДНЫХ
ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ, ПО ФЕДЕРАЛЬНЫМ ОКРУГАМ
Федеральный
округ
В целом
по РФ
Центральный
Северо-
Западный
Южный
Приволжский
Уральский
Сибирский

Дальневосточный
П р и м е ч а и i
всего
64863.8
97,2
11474.1
101,9
11479
93,2
15998.6
94,9
10505.9
100
3777,4
94,9
9741,4
99,3
1887,5
93,3
е. В 4hcj
всего
59589.8
98,1
11474J.
101,9
6791.5
~979
15967.9
94,9
10505,9
100
3777,4
94,9
9740,5
99,3
1332,5
92,2
ителе —

хозяйственно-
питьевые
13594
100
4255,3
104,2
1452
97,5
165.1,3
99,6
26582
98,1
1317,2
95,5
1710,7
98,3
5471
99,1
1ЛН. М3, В
Использовано воды
пресной
в том числе на нужды
пронзволственные
всего
32932
99,2
6439,2
100,9
5059,5
97,8
4589,5
97,6
6986,9
101
2003.4
94,2
7165.4
\00,3
688.1
91,7
шаменатс
питьевого
качества
3888,6
101,5
870,9
106
589.9
98.3
448.6
98,9
772.3
106.3
290,7
101,5
Ш1
98,4
293,6
95
ле —%к20
орошения
и
обводнения
8496.7
93,4
5.6,6
84,6
3,22
92
7724.2
92
371
176,8
12.8
85,3
277,6
88
5JL8
59,5
01г.


хозяйственного
В0ДОС1ШП
жени>*
1011,3
84,4
230,8
84,2
39J
91,3
264,9
74
202,6
89,7
43,1
92.7
193,6
89,8
36^5
105,5
прочие
3555.8
96,7
492Д
107.7
237,1
84
1736
100,2
287,2
64,5
400,9
97,4
393
100,8
9!
87,5
МОРСКОЙ
5214
87,9
0
0
4687^5
871
30.7
126
о
0
0
0
0,9
100
555
94"
133

ного или рудничного водоотлива, а также подземной (дренажной), инфильтра-
ционной воды и др.
Общий дефицит воды в системах водообеспечения складывается из
расходов на безвозвратное потребление (унос с продуктами и отходами); мойку
полов; полив проездов и насаждений; испарения в охладителях оборотной воды;
унос с воздухом в виде капель из охладителей оборотной воды; естественное
испарение с водной поверхности; транспирациго растительностью в водоемах;
фильтрацию из системы в почву; сброс оборотной воды в водоемы при
ухудшении ее качества (продувка); сброс сточных вод в водоем.
Количество воды в системе оборотного водоснабжения поддерживается
постоянным. Убыль воды из системы возмещается добавочной водой, т.е. в
системе поддерживается баланс между убываемой добавочной водой.
Безвозвратное потребление воды в производстве и потери в местах ее
использования — бпп в м7ч. Величина этих потерь определяется
технологическим расчетом и может быть вычислена как разность количеств подаваемой Qn
и отводимой от производства Q воды.
Безвозвратные потери воды на полив полов в производственных
помещениях, на полив проездов и насаждений на территории предприятия Qx
делаемые расчетом.
полив
опре-
Восполнение воды
1 .С исходным сырьем и
полуфабрикатами, QCUP
2. С вспомогательными веществами
(топливо, реагенты и т.п.), Qocn
3. С атмосферными осадками
(дождь, таяние снега), <Затм
4. В виде шахтного или рудничного
водоотлива, почвенная
(дренажная), инфильтрационная и
ПрОЧ., (Эмодз
5. Из источника водоснабжения,
J-SHCTIW
6. Сточная вода, повторно
используемая после очистки,
С/сточ.лопт.
ад
ПОСТvИЛ
Потери воды
1. На унос с продуктом и отходами. Q„.n
2. На полив полов, проездов, насаждении,
Уполип
3. На испарение в охладителе оборотной
ВОДЫ, Ci.ci.ox
4. На естественное испарение с водной
поверхности, <311С1]
.ест
5. На унос с воздухом из охладителя
оборотной воды, Qyil
6. Тракспирацию растительностью
водоема, Q^№a
7- На удаление с осадками из сооружении,
бос
8. Наэксфильтрацию и фильтрацию из
системы водоснабжения в почву, Q§
9. На сброс воды в водоем (продувка), Qc$
10. На сброс собственно сточных вод в
^бубыль
>.сточ

Потери воды на испарение при охлаждении 2НС1ШМ, если циркулирующая вода
используется в качестве теплоносителя (как среда для отвода тепла). Точная
величина этой потери может быть определена из теплового расчета охладителя, а
при отсутствии расчета — с достаточным приближением по формуле
e„c,<», = K,A'Q„V/4, C-7)
где Дг — температурный перепад охлаждения воды, °С. Вычисляется как раз-
кость температур отработавшей воды 1г поступающий на охладитель (пруд,
брызгательный бассейн или градирню), и воды охлажденной t{; g0 —
количество воды, отводимой от производства на охлаждение, в м3/ч. При охлаждении
закрытых теплообменных аппаратов можно считать Q = Q ;К1 —
коэффициент потери воды на испарение, принимаемый для брызгательных бассейнов и
градирен в зависимости от температуры воздуха (по сухому термометру), а
для прудов-охладителей и прудов-освеглителей оборотной воды в
зависимости от естественной температуры воды в водоеме.
Значения коэффициента if при охлаждении воды в брызгальных бассейнах
и градирнях можно принимать следующие:
Температура воздуха
по сухому термометру, °С О 10 20 30
Коэффициент А", 0,001 0,0012 0,0014 0,0015
Значения коэффициента Kt при охлаждении воды в прудах-охладителях и
прудах-осветлителях можно принимать следующие:
Естественная температура
воды в водоеме, °С 0 10 20 30
Коэффициент К, 0,0007 0,0009 0,0011 0,0013
Для промежуточных значений температуры воздуха и естественной
температуры воды значение коэффициента Ki определяется интерполяцией.
При охлаждении продукта в открытых теплообменных аппаратах
оросительного типа (встречающихся на ряде коксохимических заводов) потери воды на
испарение увеличиваются примерно вдвое по сравнению с вычисленными по
формуле.
Потери воды на испарение имеют место и в пруду-осветлителе оборотной
воды (в шламонакопителе) 2„с„ест' если ВС1Ца используется как среда,
поглощающая и транспортирующая механические примеси. Величина этих потерь
может быть вычислена по формуле, причем в данном случае вода нагревается
не более чем на Iе, т.е. At = 1. Для определения 0Ж!1Л„ в пруду-охладителе Гид-
рометеоиздатом выпущены «Указания по расчету испарения с водной
поверхности водоемов».
135

^хх ъ^тт^1На унос ее m системы ветром Q^ в виде капель, выбрасывав-
*°ТеР« завися ^Ы (еСЛИ чиРкУлидуюиш вода используется на охлаждение).
^адй ^ н * от конструкции и размеров охладителя, а для открытых оклгь
^с Qw из охладителя оборотной воды
^.-коэ 4>-ВД,*Ъ- C-8)
°>0? ^0] 5Ч),02;^е^Т П0Тери воды m УИ0С- Для брызгальных бассейнов рав-
^a^°i0l5; W отк РЫЗГалыплх градирен и открытых градирен с жалюзи —
^002^ ~~~~ °>№чт?** капельнь1Х градирен с решетками и для башенных
^с* ^s°03 ^ньшие № ВентилятоРШХ градирен с водоуповителями —
д.1*'* е Здачения — для охладителей большей производитель-
Ъщ0^°^тъЪикови?° Ме1Шых аппаратов оросительного типа (ороситель-
V МеНнь** адпа £ЖИТ Добавл№
потери на унос воды ветром с этих
^эФсЬт°ДЙЛЬНик^ 11!^ Г*™» П0ТеРь на унос воды Qj из ороситель-
^отер^ИеНТом^ - 0,oS^o Г °Пределеш приближенно по формуле C.8) с
*?^ Бодоема *- вычи~_
^^°?аЮПш* и тра^опГ СОоружениях (есяи вода используется как ере-
ь^*1^&?ОДясивае««ым эт^„ Щая механические примеси) с удаляемым
ь^Ности " 3а^еР^ объема1И,Ч№пад. - О,- Величина этих потерь
Чь. СТИ- ^и потере Sa^ Г" °СаДКа Км за в?емя Г> с >четом еП)
^ ^Чопна^ И Е 0льЩинст*е случаев ими можно пренеб-
^2^^ 0* » ™ сооружении, как
«Й4*4* и тп ^^^вди^/^^к^питель), применяемые при
О******£ „ ТОтеРи опрелП 3°ВЗДИИ воды ™ обогащение про-
'^еаи "Г„Z ВГ HenpoH^rZ! РЗСЧет* и замером; они могут быть
ГГ Ч,П0^^1^!Г,Н °б0РОТй0ГО снабжения
У"* = е„, + q Уммарно составляют
fesr-' :^;:Ie"+*-+е-+*+а, м%. 0.9)
°Я Колич^ом воды, добавляв*
ука-
добааляемой в
е«'^„й,м\
пост' "■• ' *•
C.10)

Часть воды из системы может намеренно сбрасываться в количестве £>.6р, м /
ч, с заменой ее свежей водой из источника в том же количестве Q^ = Q^p с
целью освежения оборотной воды и для поддержания ее заданного качества.
Сброс сточных вод из системы в водоем в количестве бс6р.с™., определяется
технологическим расчетом. Тогда количество воды, добавляемой в систему,
будет равно:
Q В' = ЕB +Ой,м'/ч. C.11)
3.4. СИСТЕМЫ И СХЕМЫ
ПРОМЫШЛЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Система водного хозяйства—это сложное понятие, включающее в себя
принцип построения всего хозяйства от водоподачи до водоотведения.
Системы водообеспечения промышленных предприятий классифицируют по
способам использования воды: прямоточные, оборотные и с повторным
использованием воды и замкнутые, которые подробно будут рассмотрены ниже.
Отметим, что прямоточные системы в настоящее время используются
достаточно редко. При них на промышленных предприятиях (рис. 3.4, д) вода
обычно входит в состав выпускаемого фабриката или существенно изменяет
свой состав, в связи с чем ее повторное использование нецелесообразно. В
этом случае она передается на очистные сооружения.
В оборотных системах водоснабжения (рис. 3.4, е), когда вода применяется в
основном для охлаждения, в целях ее экономии оказывается целесообразным
сбрасываемую предприятием (или отдельным цехом) нагретую воду
охлаждать и подавать для повторного использования.
При этом из водоисточника подается до 10 % общего количества
используемой воды (подпитка) для восполнения потерь (продувка) при ее обороте.
Оборотную воду приходится охлаждать, подвергать некоторой очистке и
кондиционировать.
В системах повторного использования вода, сбрасываемая одним из
промышленных потребителей, может быть использована другим, что позволяет
уменьшить количество воды, забираемой из водоисточника.
На промышленных предприятиях устраивают водопроводы следующего
назначения: отдельные производственные и хозяйственно-противопожарные;
отдельные производственно-противопожарный и хозяйственно-питьевой;
отдельные производственный, противопожарный и хозяйственно-питьевой;
объединенный производственно-противопожарно-хозяйственный.
Для водоемких промышленных предприятий, расположенных в черте
города, которые могут использовать малоочищенную или неочищенную воду,
обычно устраивают- самостоятельные (отдельные от городского) производственные
137

Рис, 3.4. Системы производственного водоснабжения: а— прямоточная; 6— прямоточная с
повторным использованием воды; в — оборотная; г—комбинированная:
/ — водозабор с HC-I; 2 — водоочистные сооружения; 3 — НС-П; 4 — подача речной воды; J -"
промышленное предприятие; б—сброс отработавшей воды; 7 — станция очистки сточных вод; о
— сброс воды в реку; 9 — водооклаледагошее устройство; 10 — сборная камера; // — НС оборотном
воды
водопроводы. Подобные водопроводы сооружают для групп предприятий,
размещенных в одном районе города.
Другим характерным типом объектов водоснабжения являются крупные
водоемкие промышленные предприятия, расположенные за пределами города-
При проектировании водопроводов подобного промышленного предприятия
и жилого поселка при нем необходимо учитывать расходы воды на
производственные нужды предприятия, хозяйственно-питьевые нужды населения
жилого поселка и рабочих во время пребывания их на производстве, на поливку
заводской территории и зеленых насаждений, на тушение пожара на
предприятии и в поселке. На промышленном предприятии в зависимости от качества
используемой им воды можно устраивать как объединенные, так и раздельные
системы подачи воды на нужды производства, хозяйственно-питьевые и
противопожарные нужды.
Чаше всего противопожарные обязанности возлагают на систему
хозяйственно-питьевого водопровода, имеющего обычно большую разветвленность на
территории предприятия. Иногда для этого используют систему произ-
138

Бедственного водопровода, а на предприятиях с повышенной опасностью
устраивают отдельные противопожарные водопроводы.
Иногда система производственного водоснабжения значительно
усложняется тем, что отдельные производственные потребители, входящие в состав
предприятия, предъявляют различные требования к качеству воды или к напору,
под которым она поступает (табл. 3.9). Поэтому приходится сооружать
несколько систем производственных водопроводов.
На каждом промышленном предприятии устанавливают нормы водопотреб-
ления и водоотведения.
Необходимое для каждого производства количество воды, а также
образующихся отработавших вод устанавливается технологическим расчетом или
принимается на основании передового опыта. Они могут быть приняты по
действующим ведомственным технологическим или укрупненным нормам
(например, «Укрупненные нормы расхода воды и количества сточных вод на
единицу продукции для различных отраслей промышленности». М., Стройиздат,
1988). Следует отметить, что предприятие постоянно ведет работу по
совершенствованию этих норм в двух направлениях: замены части свежей на
оборотную (правда, только до максимального значения % оборотного
водоснабжения на данном производстве); уменьшение абсолютного количества
потребляемой (прежде всего, свежей) воды за счет ужесточения технологической
дисциплины, внедрения маловодных и безводных процессов и др.
Соответственно назначению воду производственного водообеспечения можно
разделить на четыре категории:
• вода I категории используется для охлаждения жидких и конденсации
газообразных продуктов в теплообменных аппаратах без соприкосновения с
продуктом; вода нагревается и практически не загрязняется, могут лишь быть
аварийные утечки жидких и газообразных продуктов в воду при неисправных
теплообменных аппаратах, загрязняющие ее;
• вода II категории служит в качестве среды, поглощающей различные
нерастворимые (механические) и растворенные примеси; вода не нагревается
(обогащение полезных ископаемых, гидротранспорт), но загрязняется
механическими и растворенными примесями;
• вода III категории используется так же, как и вода II категории, но
подвергается нагреву (улавливание и очистка газов в скрубберах, тушение кокса и т.п.);
• воду IV категории используют в качестве экстрагента и растворителя
реагентов (например, при флотационном обогащении природных ископаемых) и
она загрязнена в основном растворимыми и органическими веществами.
Эффективность использования воды на промышленных предприятиях
оценивается тремя показателями.
1- Техническое совершенство системы водоснабжения оценивается
количеством использованной оборотной воды Ро6, %:
139

P^QJQ^Q„+QcyiOO, C.12)
ne Q О*? & ~ количестю воды> используемой соответственно в обороте,
забираемой из источника и поступающей в систему водоснабжения с сырьем.
о Рациональность использования воды, забираемой из источника,
оценивается коэффициентом использования Кк:
^„=(ею+ес+ес5р)/(е,к+^)<1. о.т
3. Потери воды, %, определяются по формуле
с=шю+ес - ес5рУ(еш+ес+епю+ej-шо, о.щ
где 6. , — количестю воды, используемой в производстве последовательно.
Качество и свойства воды, подаваемой для производственных целей,
устанавливают в каждом конкретном случае в зависимости от роли воды и
требований технологического процесса установок и производств с учетом
используемого сырья.
Общими являются следующие требования к качеству и свойствам
технической воды.
Вода должна быть безвредной для здоровья обслуживающего персонала и
не обладать отрицательными органолептическими свойствами (при открытой
системе). В качестве нормы степень санитарной безопасности может быть
охарактеризована для используемых, в системах промышленного водоснабжения
вод (природных, оборотных и очищенных сточных), не требующих
дезинфекции или прошедших дезинфекцию хлором, величиной (количество кишечных
палочек в 1 л воды), которая не должна быть более 1000; в последнем случае
содержание свободного хлора в этой воде после хлорирования и
30-минутного контакта ее с хлором должно быть не менее 1,5 мг/дм3.
Вода, используемая для охлаждения продукта или конструктивных
элементов оборудования, не должна выделять механических, карбонатных или
других солевых отложений свыше допустимой величины. Допустимая
концентрация взвеси крупностью до 0,05 мм в охлаждающей оборотной воде дана в
табл. 3.10.
Допустимой величиной ориентировочно можно считать скорость отложения
взвесей (механических и солевых) не более 0,25 г/(м2-ч) или слой 0,08 мм в
месяц (при чистке аппаратов). При необходимости воду обрабатывают тем или
иным способом.
Вода не должна вызывать точечной и язвенной коррозии, а также равномер^
ной коррозии металла со скоростью, превышающей 0,09 г/(м2-ч) (или слои
0,1 мм в i од), и разрушения бетона; может быть допущена равномерная
коррозия углеродистой стали со скоростью не более 0,45 г/(м2-ч) (если слой до О,
■чм в год) при отсутствии признаков точечной или язвенной коррозии. При
142

Таблица 3.10
ДОПУСТИМАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ ВЗВЕСИ (крупностью до 0,05 мм)
В ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ОБОРОТНОЙ рОДЕ
Скорость движения коды в
тсплообменных аппаратах, м/с
До 0,01
0,01-0,2
0.2-0.5
0,5-1
Допустимая концентрация взвеси в охлаждающей воде, иг/дм3
нормально
5
10-20
30-50
50-80
кратковременно
20
50
100
200
необходимости применяют более стойкие материалы или воду обрабатывают
тем или иным способом.
Вода не должна способствовать развитию биологических обрастаний тепло-
обменных аппаратов и охладителей оборотной воды со скоростью, большей
0,07 г/(м2-ч) (слой 0,05 мм в месяц) по воздушносухой массе.
3.5. ОБОРОТНЫЕ СИСТЕМЫ
ПРОМЫШЛЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Вода, удовлетворяющая всем вышеперечисленным требованиям,
называется стабильной и не требует дополнительной обработки. Но это идеальный
случай, не встречающийся на практике. На деле бывает так. Охлажденная вода.
Циркулирующая в системе оборотного водоснабжения, обычно многократно
нагревается и охлаждается; часть ее при этом испаряется, в результате чего
повышается концентрация растворенных солей. Такая вода склонна к накипе-
образованию, отложению продуктов кислородной коррозии и механических
взвесей; в ней могут появиться микроорганизмы, обусловливающие цветение
водоемов и биологическое обрастание поверхностей производственных
сооружений и аппаратуры.
Следует обратить внимание еще на один источник загрязнения.
Оборотная вода при прохождении через градирни может загрязняться
взвешенными веществами из атмосферного воздуха. На 1 м оборотной воды
подается ! 000 м3 воздуха и более. Если запыленность воздуха достигает 5 мг/м3
и практически он полностью отмывается в градирне (80 % и выше), то при
добавлении воды в систему, например, в размере 2 % расхода оборотной воды
концентрация загрязнений в расчете на добавочную воду будет составлять 200
мг/л. Конечно, не все загрязнения в виде взвешенных веществ перейдут в
оборотную воду, некоторая часть их выпадет в осадок в резервуаре градирни. Если
предположить, что 80 % этих загрязнений перейдет в оборотную воду в виде
взвешенных веществ, то концентрация загрязнений за счет пыли,
вымываемой из воздуха, в расчете иа добавочную воду будет составлять около 160 мг/
дм3. В этом случае потребуется осветление оборотной воды.
143

Проектирование систем оборотного водоснабжения выполняют с учетом
анализов природной воды, принятой в качестве добавки в систему, характера
загрязнений отработавшей воды, возможных методов очистки и
регулирования ее состава и свойств, а также опыта эксплуатации действующих
установок в аналогичных условиях.
Состав и производительность технологических сооружений для очистки,
обработки и охлаждения оборотной воды подбирают из условий
максимальной нагрузки на них (в летнее или зимнее время) и с учетом их периодических
ремонтов.
Для принятой схемы оборотного водоснабжения, как уже было указано выше,
составляется баланс воды в замкнутом цикле, включающий безвозвратные
потребления и потери ее, необходимый сброс и добавление воды в систему
для компенсации убыли из нее. Баланс воды в системе оборотного
водоснабжения следует составлять на летний и зимний периоды. Требования к
качеству воды, подаваемой на производственные нужды, в каждом конкретном
случае устанавливают в зависимости от назначения воды и характеристики
установленного технологического оборудования.
Таким образом, вода, циркулирующая в оборотных системах, обычно
нестабильна и должна проходить определенную обработку. Остановимся на
некоторых способах оценки оборотной воды, прежде всего, в лабораторных условиях.
В оборотной и сточной воде каждой концентрации ионов НС03_ и Са2'
соответствует определенная концентрация растворенной СО.,, которая зависит от
констант равновесия первой К2, и второй Kj ступеней диссоциации угольной
кислоты, а также от константы произведения активностей (СаСОл). Эта
величина растворенной С02 называется «равновесной» углекислотой.
При недостатке С02 по сравнению с равновесной концентрацией будет
существовать тенденция к распаду части бикарбонатных ионов, что приведет к
дополнительному образованию карбонатных ионов и выделению из раствора
осадка в виде карбоната кальция по уравнению.
В том случае если содержание в воде свободной углекислоты совпадает с
необходимой равновесной концентрацией, из воды не выделяется осадок
карбоната кальция, и она будет стабильной. Избыток С02 в воде может
растворять СаС03, как это видно из уравнения A76).
Воду, содержащую свободную углекислоту в концентрации, превышающей
равновесную, называют агрессивной.
Для теоретической оценки стабильности воды Jh применяется метод В.Ф-
Ланжелье по которому устанавливается степень отклонения данной
исследуемой воды от равновесного состояния по величине концентрации водородных
ионов действительной величине рН и вычисленной pHs по данным
химического анализа (концентрации солей или сухому остатку Р, щелочности Щ и
содержанию кальция Са2) при температуре, с которой она будет использе-
144

ватъся: при рН = pHs — вода стабильна; при рН > pHs — вода некоррозионна;
при рН < pHs — вода коррозионна.
Этот метод может служить лишь качественным показателем «склонности»
природной воды к тому или иному процессу, так как соотношением рН и рНг
определяются не все свойства воды в отношении отложений или коррозии
металлов и бетона, а только те, которые зависят от наличия в воде углекислоты
при использовании этой воды в системах прямоточной или с повторным
использованием (без промежуточного охлаждения). Для систем оборотного
водоснабжения этот метод слабо применим:
Метод, основанный на непосредственном испытании воды, дает более
точные результаты, чем расчетный. Однако и он для оборотных и сточных вод
бывает недостаточно надежным.
Кроме того, рекомендуется оценку вероятности образования отложений в
системе оборотного водоснабжения без применения обработки воды
производить по величине допустимой предельной щелочности оборотной воды
ЩЛт„, вычисляемой исходя только из концентрации растворенных солей в
оборотной воде Р, содержания СО, и Са2+ в добавочной воде и температуры
охлажденной воды t ] .
3.6. МЕТОДЫ ПРЕДОТВРАЖЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ
Необходимость обработки воды для предотвращения образования
карбонатных и иных отложений в проектах систем оборотного водоснабжения
надлежит устанавливать на основе опыта эксплуатации аналогичных систем на воде
данного источника водоснабжения или предварительных исследований на
модели системы оборотного водоснабжения с учетом конкретных условий.
При отсутствии опыта эксплуатации и данных экспериментальных
исследований обработку охлаждающей воды следует предусматривать при
восполнении систем водой: из подземных источников при ее карбонатной жесткости
(щелочности) свыше 1,5 мг-экв/дм ; из поверхностных источников — рек и
водохранилищ средней полосы или очищенными сточными водами — свыше
2,5 мг-экв/дм3; из рек и водохранилищ северных районов, а также
горно-ледниковым питанием — свыше 3,5 мг-экв/дм . При карбонатной жесткости
добавочной воды менее указанных значений можно предусматривать только
освежение оборотной воды (продувку системы) путем непрерывного сброса
части ее и замены водой из источника с использованием продувочных вод в
циклах, не предъявляющих особых требований к качеству воды.
В состав отложений минеральных солей входят: CaC03, MgC03, MgSiO ,
CaS04, BaSO„, Mg(OHJ, Fe(OHJ, Fe(OHK, CaF2, FeS, а также гидроксиды и
сульфиды тяжелых металлов.
145

Концентрация
комплексона, мг/ам3
О
1,0
2,0
Удельная поверхностная энергия
4,0
8,9
11,2
Радиус критического чародь,Ша
им
0,25-0,27
0,25-0,S4
0,6-0,66
Борьбу с отложениями карбоната кальция в теплообменных аппаратах и
трубопроводах систем оборотного водоснабжения можно вести следующими
традиционными способами:
• непрерывным добавлением в систему оборотного водоснабжения воды с
меньшей карбонатной жесткостью при сбросе части отработавшей
(оборотной) воды из системы (продувкой);
• подкислением;
• добавлением в оборотную поду веществ, тормозящих процесс
кристаллизации карбоната кальция (фосфатирование);
• совместной обработкой воды подкислением и фосфатированием;
• возмещением потерь равновесной углекислоты в системе оборотного
водоснабжения путем добавки в воду углекислоты дымовых газов
(рекарбонизация);
• умягчением добавочной воды известью с осветлением натрий-катиониро-
ванием или водород-катионярованием с голодной регенерацией.
Кроме того, используют обработ^ оборотной воды магнитным полем,
ультразвуком и др.
На этих способах молено не останавливаться, поскольку они хорошо известны.
В отечественной и зарубежной практике наибольшее распространение
получили методы, описанные ниже.
Классификация применяемых сегодня методов стабилизационной
обработки воды приведена в табл. 3.11.
Следует отметить, что препараты зарубежных фирм имеют ряд недостатков
при использовании в условиях отечественных месторождений. Большинство
их плохо совместимы с пластовыми водами, содержание солей в которых
значительно выше, чем на месторождениях ряда зарубежных стран. Многие
несовместимы с антифризами и, следовательно, не могут быть использованы в
условиях низких температур. Не всегда составы композиции обладают
универсальностью действия в отношении отложений смешанного состава. Одни
ИС термически нестойки, другие увеличивают вынос механических
примесей. Используемая концентрация зарубежных препаратов, как правило,
достаточно высока и составляет 10-20 мг/дм , что вызывает неоправданно большие
расходы реагентов. Применение препаратов зарубежных фирм не всегда
экономически оправдано.

Таблица 3.11
МЕТОДЫ СТАБИЛИЗАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ ПРИ JL> О
Методы
обработки
Реагентный с
добавлением:
• соляной или
серной кислоты
• фосфатных
реагентов:
гексаметафосфат
тфосриполифат
Наложение
магнитного поля
и акустическая
обработка
Комплекс оны
Уравнение реакции
Ca(HC03J + H2SaU
i'i 2HC1
-CbS°4+2C02t2H20
СаС12 1 2
Na(,P60i8 + 2CaC03 =
= Ка3Сй2 РбО,ь +■ 2Ка2СОз
Область применения
В системе
оборотного
водоснабжения
Жк < 5,5-6,0 мг-
экв/дм3,
В промышленном
водоснабжении для
обработки
охлаждающей воды
В теплоэнергетике, в
нефтедобыче
Сущность
11ри добавлении кислоты
происходит снижение в
воде гидрокарбоната н
освобождение части ССК
Гексаметафосфат
адсорбируется на
поверхности кристаллов
СаСОз в виде пленки,
препятствующей росту
микрокристаллов СаСОз,
Полифосфат натрия
переводит накипь в
рыхлый, легко удаляемый
шлам путем изменений в
форме кристалла.
Образование рыхлой
структуры отложений
солей
I Ыгибирование отложений
минеральных солей
1.0
0.8
0,6
0.5
0.4
; 0,3
| 0.2 |-
! 0,1
0.08
0,06
i 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
^^_
~~^—^
\
ч
^\
~^.
\у
\у
v=
'=2,5
= 2,0
= 1,5
1,0
,—^—I 1
— ; *—'г ■
>
\
\
\
J =0.2
-J- 0 5
5,5
8,5
6.5 7 7,5
pl-1 воды
Рис. 3.S. График д.™ определения коэффициента б при стабилизационной обработке воды подкисле-
няем (рН_ < рНо < 8,4)
147

Для решения задач нефтедобывающей и газодобывающей промышленности
создан отечественный ассортимент эффективных ингибиторов солеотложения
на основе фосфорсодержащих комплексонов типа аминоалкилфосфоновых и
алкилидевдифосфоновых кислот.
Представляется вероятным, что наибольшим эффектом должны обладать
соединения, сочетающие поверхностно-активные и комплексообразующие
свойства.
Оценка эффективности действия комплексонов и композиций на их основе
по предотвращению образования осадков солей CaC03, CaSO,, BaSO,,
осуществляется, как правило, одним из описанных ниже методов.
Изучение образования отложений солей непосредственно на поверхности
металла в динамических условиях при повышенных температурах от 35 до
80 °С. Эффективность действия ингибиторов определяется массой
образовавшегося отложения на поверхности металла.
Определение индукционного периода образования осадка, которое
основано на определении времени с момента образования пересыщенной системы
до выпадения осадка; оцениваемого по изменению интенсивности
проходящего через раствор света или его электропроводности.
Сравнительная оценка эффективности реагентов — ингибиторов в
статических условиях, основанная на их способности удерживать осадкообразую-
щие катионы (Са2*, Ва2+) в объеме раствора, препятствуя образованию
осадков CaS04, CaC03, BaS04. Этот метод получил наиболее широкое
распространение.
Влияние ряда комплексонов, содержащих как карбоксильные, так и фосфо-
новые группы, на процесс кристаллизации сульфата кальция представлено в
табл. 3.12 и 3.13.
Добавки карбоксилсодержащих комплексонов (НТА, ДПА) практически не
влияют на параметры зародышеобразования и кристаллизации сульфата
кальция. Комплексоны, содержащие фосфоновые группы, способствуют
увеличению удельной поверхностной энергии зародыша, его радиуса, уменьшению
скорости зародышеобразования. Значительно увеличивается индукционный
период кристаллизации, при этом наблюдается корреляция
продолжительностью периода индукции в присутствии комплексонов. Ингибирующий эффект
возрастает с ростом числа фосфоновых групп в молекуле комплексона от
ИДУМФ и ГФ к НТФ, с увеличением числа атомов азота (от ИДФ и НТФ к
ЭДТФ,ДПФ,ДБТФ).
В рассмотренном ряду комплексонов большой интерес представляет Ш^-
Он сочетает высокую эффективность предотвращения выпадения CaS04 с
высокой термостойкостью (до 200 °С) и технологической доступностью.
Результаты изучения взаимодействия НТФ со щелочноземельными
металлами и магнием позволили установить, что механизм иигибирования солеот-
148

Таблица 3.12
ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСОНОВ НА ПАРАМЕТРЫ ЗАРОДЫШ ЕОБРАЗОВАН ИЯ
СУЛЬФАТА КАЛЬЦИЯ (при 40±0Д °С)
Комплексен
—
НТА
ИДУМФ
ГФ
11ДФ
ДПА
НТФ
ЭДТФ
ДПФ
ДБТФ
Концентрация
кошлексона,
мг/дм3
_
10.0
1,0
1,0
1,0
1.0
0,25
0,25
0,25
0,25
Удельная
поверхностная
энергия (xlO3),
Дж/м2
7,3
7,3
8,7
8,9
9J
8,6
9,1
9,2
9
10,4
Порядок
реакщш
зародыще-
образования, п
5,5
5,6
6,0
6,2
6,2
5,8
7,0
7,5
8,1
9,6
Радиус
критического
зародыша,
нм
0^8-0,60
0,38-0,60
0,51-0,60
0,52-0,62
0,53-0,62
0,50-0,58
0,53-0,61
0,54-0,62
0,54-0,63
0,61-0,70
Константа
скорости зародыше-
образования
Киг"-дм-*'-сл
1.0-10"8
1,2-10"8
7,0-10"8
4,0-10^
1,0-J О'9
1,8-10
1,6-1 (Г8
53-Ю-*
1,2-10^
5,1-101
Таблица 3.13
ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСОНОВ НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ СУЛЬФАТА КАЛЬЦИЯ

Комплексен
НТА
ИДУМФ
ГФ
ИДФ
Концентрация
комшексош,
мг/дм'
10,0
1.0
1,0
1,0
<Со*оГ 7>° Г/Л;

Индукционный
период,
мин
25±1
27±1
62±-1
83±1
81±1
Константа
скорости
кристаллизации (/С-104),
г'-д-Лг1
6,8*0,1
б,8±0,1
б,8±0,1
6,8±0,1
5,0±0,1
Г=40*0,1 °С)
Комплек-
сон
ДПА
НТФ
ЭДТФ
ДПФ
ДБТФ
Концентрация
комплексона,
мг/дм3
1,0
0,25
0,25
0,25
0,25
11}'
32±1
70±1
72±1
85±1
150±1
Константа
скорости
кристаллизации f Af-10 ),
г -дмЧ '
6,7±0J
6,8±0,1
6,4±0,1
7,1±0,1
6,4±0,1
ложений довольно сложен. По-видимому, в сшгьноминерализованных
пластовых водах происходит одновременное образование как водорастворимых
комплексов СаНп1Л ВаНп1Л Mg HnLI>4 (pH = 3-6) или CaL4-, BaL4, MgL4"(pH -
= 7-10), так и мшюрастворимых полиддерных комплексов состава Ca5(HLJ ,
Ba5(HLJ (pH « 5-6) и Ca3L, Ba3L (pH = 7-9). В последнем случае
эффективность реагента обусловливается, вероятно, замедлением роста кристаллов
гипса, кальцита, карбонатов или сульфатов бария в результате блокирования
граней их кристаллов малорастворимыми полиядерными комплексонатами.
Композиции на основе отходов производства НТФ наряду с высоким
эффектом ингибирования отложения солей СаС03 и CaS04 эффективны и как
ингибиторы образования осадков BaS04, значение рН их водных растворов равно
6-7, т.е. они некоррозионно-активны. Состав композиции на основе НТФ,
включающий этиленгликоль, благодаря синергетическому эффекту действия
компонентов позволяет уменьшить расход НТФ на 30-50 % и упростить техноло-
149

нгибитора за счет снижения температуры замерзания соста-
ПРиТзоГм«нус50»С
! до минус 30—ми у в сочетании с некоторыми полимерными сода-
Наиболееэ#ективе ^ ^^ ^ полиакриловой кислотой или поли-
ттшп. Т» «Р^ 1И акрияовой „ иешфияовой кислот, с малеино-
акрШш««сда ;инилфосфОНовой кислотами, вин.шацетатом, этил-
ЮЙ' БИНГэ2ГпТ;л„ло значительно повысить зффективность ш*-
в" с о2Е£» т «да-»" НТФ 0J-10 ш/дм ■Соетавы на °с"
6— «еристики, например, предельная адсорбция НТФ „а кварце-
1Ге,7Z Ь мг/г, при добавке к „ей 0,5 % и более ПАЛ. адсорбцш
увеличивается до 0,6 мг/г.
Эффективным ингибитором отложений солей CaS04 и СаСО, являет uja .
Влияше ОЭДФ на кристаллизацию СаСО, связано, вероятно, сорбцией ее на
поверхности образующихся микрокристаллов. При этом увеличиваются и
удельная поверхностная энергия и радиус критического зародыша (табл. 3.1 Y
Перспективно использование комплексонов для предупреждения отложешш
парафина в скважинах и нефтепромысловых трубопроводах. Весьма
эффективным для этой цели является сочетание ДПФ-1 и силиката натрия.
Образующаяся на стальныхповерхностяхзащитная гидрофильная пленка прочно
удерживается на металле и позволяет защищать от отложений парафина даже узлы
сложной конфигурации.
Способность комплексонов образовывать устойчивые растворимые в воде
комплексы с железом (III) и предотвращать тем самым возникновение осадка
сульфида железа позволяет проводить совместную добычу, транспортировку
и подготовку разносортных нефтей.
ло^™ГеРаЗНОС01тЬ1Х Не(!ией на забой скважины постоянно с помощью
2еГноГтУИР°ИС1Ва П°ДаЮТ ^натриевую соль ЭДТА в количестве, эк-
=^о:ГжГГпГожелезу (ш) Aоо-2о°MrW> для °бразоваг
введеншйвсква»^! Х *тШ 0С>'Ществляют таким образом, чтобы
C5 %) нефтей не пш^Г^^^й № %) и сероводородсодержашеи
Чя йнепривод„ткобразов8ниюре8 ^ кш< ся1дстви1ж наблюдает-
ВЛИЯНИЕОЭДФНАПАРАМГТРи» Таблиц»*"
Г" ^™^ОДЬ1ШЕОБРАЮВАНИЯ СаСО, ПРИ 40 °С
Радиус крш цческого зароДЫИ*
им
0,25-0,27
0,25-0,54
0,6-0,66

ся повышение вязкости продукции скважины. Наибольшее распространение в
отечественной и зарубежной практике для отмывки оборудования получили
ЭДТА и ее соли.
Устойчивость комплексов, образуемых ЭДТД и ее солями, так высока, а
концентрация свободного катиона, образуемого в результате диссоциации
комплекса, настолько мала, что при этом не достигается произведение
растворимости для большинства труднорастворимых соединений, присутствующих в воде
теплообменного и теплоэнергетического оборудования, это и обусловливает
эффективность комплексона.
Универсальность ЭДТА проявляется в способности образовывать
комплексы со всеми катионами, присутствующими в воде. Четырехвалентные
металлы образуют, как правило, наиболее устойчивые комплексонаты в растворах
(рН < 1) трехвалентные — при рН = 2-3,5. Комплексонаты тяжелых
двухвалентных металлов образуются при рН = 3,5-5, щелочноземельных — при рН =
= 7-12 [233].
Термическое разложение ЭДТА и ее солей происходит в интервале 140-250 °С,
причем устойчивость соли в сравнении с ЭДТА тем больше, чем больше
степень замещения; термическое разложение комплексонатов Fe и Са происходит
при температурах более высоких, чем разложение самого комплексона.
Для удаления кальциевых отложений на внутренних поверхностях
конденсаторных трубок используют растворы трех-, четырехзамещенцых солей ЭДТА.
Коррозия латунных трубок в растворе комплексона незначительна, тем более
что связывание кислорода в растворе гидразингидратом уменьшает скорость
коррозии латуни приблизительно в 10 раз.
К настоящему времени накоплен большой положительный опыт
использования раствора комплексона для очистки котлов от железооксидных
отложений. В качестве комплексона может быть использован раствор двух-, трехза-
мещенной соли ЭДТА.
Однако при этом необходимо введение дополнительного кислотного агента
для создания в отмывочном растворе низких значений рН, необходимых для
комплексования железа.
Использование раствора натриевых солей ЭДТА возможно только для
очистки от оксидных отложений железа A11), применение двузамещенной
аммонийной соли ЭДТА позволяет растворять и оксиды железа (III), так как при
повышении температуры раствора введенная в систему термически
неустойчивая диаммоцийная соль превращается в ЭДТА, значение рН раствора
понижается, что делает возможным комплексование Fe3+. Создание
концентрированного раствора ЭДТА непосредственно ее растворением затруднено из-за
ограниченной растворимости кислоты в воде.
Локальные сооружения с растворами комплексонов разработаны для
прямоточных котлов сверхкритических параметров, работающих на мазуте. Для
151

обеспечения достаточной эффективности очистки растворами ЭДТА и ее
солей скорость движения раствора должна быть в пределах 1,5-2 м/с.
Локальную очистку без ингибиторов коррозии проводят при 150-180 "С.
Концентрация солей ЭДГА в растворе 0,4-0,5 г/кг, значение рН от 5-6 (двузамещенная
соль) до 8-9 (трехзамещенная соль).
В связи с тем, что для взаимодействия ЭДТА и ее солей с разными
катионами оптимальные значения рН различны, универсального действия этого комп-
лексона трудно достичь. Разработаны композиции на основе ЭДТА (с
концентрацией компонентов 10 г/дм3, для растворения железооксидных отложении в
которых необходимое значение рН создается добавками органических кислот
(лимонной, щавелевой, янтарной, глутаровой, адипиновой), а также малеино-
вого и фталевого ангидридов. Органическая кислота более активно переводит
железо в раствор в виде комплекса невысокой устойчивости, который в
результате смешанного комплексообразования с ЭДТА переходит в разнолиган-
дный комплекс высокой устойчивости, Введение в композицию
восстановителей (гидразина, фенилгидразина) вызывает образование ионов Fe , ускоряю
щих процесс растворения гематита Fe203 в растворе динатриевой соли ЭД X А.
Композиции на основе натриевых солей ЭДТА применимы, прежде всего,
для предпусковых и эксплуатационных химических очисток котлов сверхкри^
тических параметров. Они могут использоваться и для очистки поверх ноете
любых конструкционных материалов, в том числе аустенитных нержавеющи
сталей. Впервые эти композиции были применены на Троицкой ГРЭС.
Одной из важных задач теплоэнергетики является растворение отложени
на основе карбоната кальция. Для этой цели весьма эффективны
фосфорсодержащие комллексоны. Являясь достаточно сильными кислотами, они °
дают высокой растворяющей способностью по отношению к СаСОг Так, 04Д
и ее аналоги предложено использовать для удаления молочного и пивного кам
ня, накипи в теплообменниках, трубопроводах и охлаждающих системах,
системах питания бойлеров.
В последние годы для предотвращения образования минеральных отлояс
ний в системах отопления, охлаждения и других оборотных циклах широкое
распространение в России получили относящиеся к классу комплексонов орга-
нофосфонаты (ОФ) и композиции на их основе. По сравнению с химическим
или ионообменным обессоливанием оборотных вод, применение ОФ требует
существенно меньших затрат, поскольку практически полное предотвращение
минеральных отложений достигается при низких расходах ингибитора в
интервале 1-5 г/м3. Простота применения, при существенном сокращении
капитальных вложений и эксплуатационных расходов, обуславливает
популярность химических методов ингибирования минеральных отложений.
Если не учитывается химическая природа ингибиторов, механизм их
взаимодействия с компонентами растворов, кинетические и термодинамические
IS2

параметры реагентов, применение ОФ не дает ожидаемых результатов или даже
приводит к отрицательным последствиям. Сложность выбора необходимого
реагента связана, в частности, с большим количеством предложений со
стороны отечественных и зарубежных фирм, которые зачастую носят
коммерческий характер и не позволяют провести сравнительную оценку их
эффективности.
Выяснение механизма образования минеральных отложений и влияния на
этот процесс ОФ, по нашему мнению будет способствовав осознанному
выбору реагентов и оптимизации условий их применения.
Образование минеральных отложений является, следствием кристаллизации
солей из пересыщенных растворов. Термическое разложение солей
временной жесткости приводит к образованию пересыщенных растворов
малорастворимых карбонатов кальция и магния, а термодинамические нарушения
равновесия в пересыщенных растворах солей постоянной жесткости вызывают
кристаллизацию сульфатов, фосфатов, оксалатов и других малорастворимых
солей кальция, стронция, бария. Согласно современным воззрениям,
пересыщенный раствор представляет собой ультрамикрогетерогенную систему
(промежуточное состояние между истинным и коллоидным растворами), в
объеме которой непрерывно происходит образование и распад микрозародышей
кристаллической фазы. Движущей силой их образования является величина
пересыщения, определяемая как разность между текущей и равновесной
концентрацией.
Ультрамикрозародыши термодинамически неустойчивы и, при
определенных условиях, играют роль центров кристаллизации, продолжая свой рост.
Важнейшими условиями, оказывающими влияние на образование и рост
центров кристаллизации, являются температура, рН среды, натичие в воде солей
и малорастворимых примесей, гидродинамика и физико-химическая природа
подложки. Обобщенную схему образования кристаллов из пересыщенных
растворов можно представить следующим образом:
ионы <-> молекулы <-» ассоциаты <-> ультрамикрозародыши «-»■ зародыши
критического размера <-> кристаллы твердой фазы.
Образование зародышей критического размера происходит в течение
периода индукции и не может быть определено аналитическими методами из-за
малого значения массовой доли образующейся твердой фазы. Работа
образования критического зародыша (s) и порядок реакции зародышеобразования
(и) могут быть рассчитаны по продолжительности индукционного периода AМ)
из уравнения Гиббса - Фольмера и модели Христиансена - Нильсена соответ-
ственно:
16nN,c3M2 1
ЗЯ3Г3р2 'lnVO (ЗЛ5)
153

<*/=*>
<3.16)
где А — постоянная, зависящая от принятого масштаба процесса; hi
Авокадо; М— молярная масса кристаллизующегося вещества; R ... Исл°
зародыша критического размера; 7" и р—температура и плотность растп
и с — текущая и равновесная концентрации; к—константа скорости реа 'с
зародышеобразования. ^ИИ
Из данных, представленных в табл. 3.15 видно, что с уменьшением Ра
римости увеличивается работа по образованию зародыша критического Й°~
мера и уменьшается порядок реакции зародышеобразования. Т.е. чисдп
лекул, необходимых для образования критического зародыша. Это свидет
ствует об относительной устойчивости пересыщенных растворов ма_юрас "^
римых солей в стационарных условиях. На практике, влияние перечислен °"*
выше внешних воздействии сказывается в ускорении процесса крист,
ции.
«W
Устойчивость коллоидных растворов определяется электростатицес
стабилизацией, обусловленной величиной заряда коллоидной частицу ~0^
бильность коллоидных растворов связана с гидрофилизацией поверхНо а"
мицелл, зависящей от толщины двойного электрического слоя, уменьще Тн
которого при снижении величины заряда приводит к флокуляции и коагуь
ции коллоидных частиц, Аналогично, снижение степени гидрофилизациц т^4"
дои фазы приводит к ее росту и укрупнению кристаллов. ^
Установлено, что незначительные добавки ОФ практически не оказьц^
влияния на активность ионов в растворе и не препятствуют эндотермичес^ *
му процессу образования зародышей в индукционный период.
В то же время, в присутствии ОФ возрастают основные параметр
зародышеобразования малорастворимых солей л и и, что приводит к Уменьц. 1
нию вероятности образования кристаллической фазы, поэтому их влия!*
может бьпъ объяснено взаимодействием полярных групп ОФ с зародыш^**
Таблица з ,
ПАРАМЕТРЫ ЗАРОДЫШЕОБРАЗОВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ S
МАЛОРАСТВОРИМЫХ СШЕЙ ПРИ 313К
Соль
CaS04-H20
SrS04
BaSO<
CaCO^
СйС2Ол
Саз(Р04):
Произведение растворимости ПР
3,7-101*'
2, НО
1,8-КГ10
4,8-КГ4
2,3-10^
2,0-Ю-34
с, мДис-м
7,3
20,0
30,0
40
20
38
5,5
5,0
2,1
1,6
2,0
2,0
Тт-чёпйе параметров зародышеобразования приведены для реакции термического разложения
кар6онатакальиш!_
154

кристаллизирующейся соли и образованием на границе раздела фаз
стабилизирующих сольватных слоев.
Образование таких слоев возможно при выполнении ряда требований,
которым, должны удовлетворять реагенты, используемые для этих целей
• наличие поверхностно активных свойств по отношению к границе раздела
между дисперсионной средой и твердой фазой,
• склонность к образованию с катионами металла, входящего в состав
кристаллов, внутрикомплексных соединений;
• взаимодействие между реагентом и частицей, подлежащей стабилизации,
должно быть ограничено образованием поверхностных химических связей;
• образование сольватных слоев на поверхности должно происходить
одновременно с появлением частиц твердой фазы.
ОФ в полной мере соответствуют указанным требованиям. Величина
адсорбции на кристаллизующейся твердой фазе невелика и составляет около 0,2 мг/
г. ОФ, как представители класса фосфорсодержащих комплексонов, образуют
устойчивые комплексы с ионами щелочноземельных металлов с рК = 3-7.
Устойчивость карбоксилсодержащих комплексов щелочноземельных металлов
значительна выше (рК> 10), однако они не обладают свойствами
стабилизации пересыщенных растворов, т.к. образуют соединения стехиометрического
состава, не содержащие свободных функциональных групп. Адсорбционные
слои для них являются неустойчивыми и десорбируются.
Механизм стабилизирующего действия ОФ, по нашему мнению,
заключается в адсорбции на активных центрах зародышей кристаллизующейся соли.
Число таких центров невелико, и располагаются они, по-видимому, на гранях
и ребрах растущих кристаллов. В таком взаимодействии участвуют только
атомы и ионы, принадлежащие кристаллической решетке и находящиеся в
поверхностном слое кристалла. Результатом этого взаимодействия является гид-
рофшшзация поверхности, в результате чего рост кристалла прекращается, и,
как следствие, отложения не образуются. Добавки ОФ в пересыщенные
растворы резко уменьшают вероятность образования зародышей критического
размера и, тем самым, уменьшают (или сводят к нулю) скорость роста
кристаллов.
Собственно, этим и объясняется малый расход ОФ A-5 г/м) при котором
происходит предогвращение солеотложений- Исходя из средних размеров
молекул ОФ, примем площадь, занимаемую одной молекулой 10-19 м2 A0-1 нм!).
Тогда в кубометре раствора при концентрации ОФ 3 г/м' (или 102 моль/м3 при
средней молекулярной массе ОФ 300 г/моль), с учетом значения числа Аво-
гадро N А, будет занято около 6-102 м2 поверхности кристаллизующейся фазы.
Определенная нами методом адсорбции азота удельная поверхность
кристаллизирующегося сульфата кальция составляет 3 м /г. При содержании в 1 м3
раствора твердой фазы массой 3 кг общая поверхность кристаллов составляет
155

9-Ю3 м2. Таким образом, ингибирование солеотложений происходит, когда ОФ
покрывает около 7 % поверхности кристаллической фазы. Это подтверждает
тезис о том, что взаимодействие ОФ происходит лишь с активными точками
на гранях и ребрах растущих кристаллов, и объясняет малый расход реагента,
необходимый для стабилизации.
Если концентрация ингибитора солеотложений недостаточна, чтобы
подавить процессы образования зародышей критического размера, то происходит
кристаллизация полидисперсной фазы. При этом средние размеры
образующихся кристаллов превышают те, что образуются без ингибитора. В
присутствии ОФ кристаллы не образует прочных отложений на стенках
трубопроводов, что позволяет периодически удалять образовавшийся осадок из
оборотной системы, например, продувкой.
Использование больших концентраций ингибитора экономически не
оправдано. Кроме того, при больших концентрациях ОФ в обрабатываемых
растворах происходит образование комплексов, близких по составу к стехио-
метрическому. В этом случае эффект ингибирования может уменьшиться или
вообще исчезнуть, поскольку фосфоновые группы, которые при оптимальных
концентрациях взаимодействуют с поверхностью кристаллической фазы и
препятствуют росту зародышей, при больших концентрациях участвуют в
образовании полидентатных связей с катионами металлов, вплоть до перезарядки
поверхности кристаллов.
Отечественной промышленностью налажен выпуск ряда ингибиторов на
основе ОФ. Одним из наиболее эффективных среди них является реагент,
известный под торговой маркой «ИОМС» (ингибитор отложений минеральных
солей). Разработаны достаточно простые технологии, позволяющие модифи.
цировать ИОМС, придавая ему специфические, в том числе биоцидные и
антикоррозионные, свойства (А.С. 726123 СССР, Б.И. 1980, № 3; патент России
JV° 2065410, Б.И., 1996, № 23; патент России К° 2133229, Б.И., 1999, № 20-
патент России № 2133751, Б.И., 1999, № 21).
Для борьбы с биоотложениями и коррозией служат ОФ, модифицирован,
ные соединениями меди (И) и цинка. Катионы меди цинка образуют с ОФ мо-
ноядерные комплексы, константы устойчивости которых соответствует интер.
валу рК от 12 до 20. Эффективное ингибирование коррозии, соле- и биоотл0.
жений наблюдается, когда массовая доля медь-цинк-содержаших комплексе.
нов составляют около 20 % от общей массы используемых ОФ.
В настоящее время на Северском трубном заводе (г. Полевской, Свердлове.
й обл ) осуществляется внедрение стабилизационной обработки воды от.
ытых оборотных циклов, в которых велика вероятность образования сод6.
КР ожений и биологического обрастания. Для этой цели используется компо.
° ИОМС и его медного комплекса. Комплексные ингибиторы, предназна.
ЗИ ппя обработки воды в паровых котельных с целью предотвращение
156

солеотложений, кислородной и электрохимической коррозии, были испытаны
и внедрены на Екатеринбургском заводе «Pepsi». Замена импортного аналога
«Kinplex 180» (США) ингибитором на базе ИОМС позволила в 3-4 раза
сократить затраты на водоподготовку.
Интерес представляет использование ОФ на предприятиях большой и
малой энергетики, занимающихся производством горячей ВОДЫ,
электрической и тепловой энергии. Замена технологий водоподготовки с
использованием, например, Na-катионирования на технологии химической обработки воды
с применением ОФ сокращает потребление воды на регенерацию фильтров и
эксплуатационные затраты на обслуживание оборудования традиционной
водоподготовки. Методы химической обработки воды с применением ИОМС
испытаны и внедрены на десятках котельных различных предприятий
Свердловской, Челябинской, Магаданской и др. областей. На практике огмечена
высокая стабилизирующая способность ингибиторов группы ИОМС.
используемых в системах питания водогрейных котлов различных типов при
карбонатном индексе до 21 и температурах на выходе из котяа до 140 °С.
В результате внедрения технологий химической обработки воды оборотных
циклов обеспечивается экономия энергоресурсов, сокращаются объемы
ремонтных работ, реализуется переход на схемы бессточного водопользования без
крупных капиталовложений, сокращается неблагоприятное воздействие на
окружающую природную среду и снижаются затраты на приобретение
дорогостоящих (часто импортных) реагентов.
Интересные результаты были получены по предупреждению образования
отложений солей жесткости на поверхностях нагрева, теплообмешюго
оборудования с использованием антинакипина СК-110. который выпускается по 'ГУ
—245830-33912561 -97, не содержит вредных примесей, ПДК в воде — 3,5 мг/
дм" согласно ГН 2.1.15.963а-00. Внедряется в соответствии с
«Технологическим регламентом на технологию применения реагента СК-110 в системах
теплоснабжения и горячего водоснабжения населенных мест и промышленных
предприятий», согласовано с Минэнерго РФ, Минэкономики РФ. Госгор-
технадзором РФ.
Антинакипин СК-110 широко используется в системах водяного
охлаждения оборудования (доменные, электроплавильные и мартовские печи,
конвертеры, ТЭЦ, ТЭЦ-ПВС, МНЛЗ, кислородные и компрессорные станции,
коксохимическое производство и т.д.)
Расход реагента 6-21 мг/дм3 (по товарному продукту) в расчете на иодпиточ-
ную воду.
Обработка воды антинакипинном СК-110 позволяет полностью исключить
образование отложений в сетях и на оборудовании, в результате чего:
• повышается надежность и экономичность работы основного
технологического оборудования;
157

• полностью или частично прекращается сброс сточных вод в природнь^
водоемы, сокращается потребление свежей воды;
• увеличивается срок службы межремонтные периоды работы оборудов^'
ния;
• исключаются химические очистки оборудования и сброс химзагрязненнЫ*
стоков;
• исключаются трудоемкие операции, улучшаются условия труда обслужи*
вающего персонала. Кроме этого антинакипин используется в системах обо*
ротного водоснабжения загрязненных вод (газоочистки доменных и ферро*
сплавных печей, разливочные машины, аглопроизводства, системы ГЗУ ТЭ1Д
и т.д.). Рекомендуется для использования в системах, вода которых характер**'
зуется высоким содержанием солей жесткости и высокой щелочностью. СолИ
из производства поступают в воду непрерывно, и их необходимо выводить из
системы. Исходя из этого, антинакипин вводится в воду перед сооружениями!
которые необходимо защитить от отложении, т.е. перед газоочистками и
градирнями. Соли в виде карбонатов выпадают в отстойниках и удаляются со
шламом. Расход реагента составляет 4-10 мг/дм3 в расчете на всю оборотную
Градирня
Т
Точкп ввода
аптинакшшна
Водояхпаждаемое
оборудование
Ф
Насосная
станции
рис. 3.6.
J
Точка спада
аштшашпш
J 1l
rM^-FI
>1(>№чтая Газоачыептои Ряоттъныи Насосная Бчятняячюрная
печь аппарат отстойник спипщия щюярия
Рис. 3.7-
158

воду. Скорость образования отложений в сетях, на сооружениях и
оборудовании снижается в сотни раз, за счет чего удается:
• повысить надежность работы газоочистных аппаратов;
• увеличить срок службы оборудования и продолжительность
межремонтных периодов;
• исключить продувки и аварийные сбросы воды из системы, сократить
потребление свежей воды;
• улучшить очистку и охлаждение доменного газа;
• снизить расход электроэнергии на перекачивание воды.
Выбор того или иного способа обработки воды определяется главным
образом качеством воды и условиями ее использования. Ориентировочно способ
обработки охлаждающей воды в системах оборотного водоснабжения при
нагреве ее до 40-60 °С и охлаждении на градирнях или в брызгальных
бассейнах, в зависимости от величины карбонатной жесткости воды (не
загрязненной поверхностно-активными веществами), можно принимать по табл. 3.16.
составленной на основании многочисленных исследований на модели и
практики эксплуатации.
Наиболее надежным будет исследование, как термостабильности каждой
воды, так и методов ее обработки с учетом конкретных условий.
Термостабильность воды и эффективность ее обработки тем или иным
методом для предотвращения образования карбонатных отложений
исследуются в натурных условиях и на модели. В том и другом случае критерием могут
быть изменения качества воды по коэффициентам концентрирования
отдельных ионов или их суммы (общее солесодержание) и величина скорости
отложения карбонатов.
Коэффициент концентрирования. В открытой системе оборотного
водоснабжения (с охладителем) происходят потери воды, вызываемые испарением
части ее в охладителе и уносом мелких капель воздухом, выходящим из
охладителя (градирни, брызгального бассейна). Испарением теряется в среднем
около 0,15 % охлаждаемой воды при понижении температуры на 1 %, уносится
воздухом в градирнях 0,2-0,3 % охлаждаемой воды.
В аппаратах прямого контакта (барометрические или струйные
конденсаторы, трубы Вентури и скруббера для очистки газов) вода дополнительно
теряется в виде пара через дымовую трубу в атмосферу; в других случаях
конденсирующийся водяной пар служит скрытой добавкой воды в систему.
Считается, что растворенные соли испарившейся воды (полностью или
частично) остаются в оборотной воде, повышая их концентрацию. Все потери
воды в охладительной системе оборотного водоснабжения компенсируются
добавлением воды из источника. Кроме того, обычно оборотная вода
освежается продувкой, что снижает общее солесодержание и концентрацию
отдельных ионов. В результате воздействия всех этих факторов иногда достигается
159

БАССЕЙНАХ
Таблица 3.16
В СИСТЕМА v OBWOmSS^SSS?* КАРБОНАТНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
iBawS!,^??CHAB,KEHlra при нагреве воды
ОХЛАЖДЕНИЯ НА ГРАДИРНЯХ ИЛИ В БРЫЗГАЛЬНЫХ
Карбонатная жесткость (щод.
!^^ФОДнойводь1в мг-экв/да'
реки,
водохранилища средней
полосы
<2,5
У4
2,5-5
4-6
подземные
источники
<1.5
1,5-3
1,5-5
3-5
Методы обработки воды
Освежение оборотной воды
(продувка системы)
Подкислекие добавочной воды.
Допустимо фосфатирование
добавочной и освежение
оборотной волы при обязательном
хлорировании последней. Возможна
и рекарбонизация оборотной
воды
Подкислите добавочной воды
Рекарбонизация оборотной воды
Если вода и без того
нуждается в осветлении
Если вода не нуждается в
предварительном осветлении
Подкисление добавочной воды и
фосфатирование оборотной воды
(совместная обработка)
Умягчение добавочной воды
известью с осветлением
>4-5 Умягчение части или всей
добавочной воды Ыа или Н-
катионированием с голодной
регенерации ,
Примечании. I. Для воды рек в водохранилищ северных районов, а также с горно-ледиик*^!
питанием указанную в таблице карбонатную жесткость (щелочность) следует повысить но 1 мг";*|ая „
2. При нагреве воды в производстве ниже 40 "С температурным перепадом ?/ ? 5°, рекомеи« .
[таблице величина карбонатной жесткости может быть увеличена на 0,5-1 мг-зкв/дм3. 3. При подк^ ^
|ИИ11^добавочной воды необходимо считаться с тем, чтобы в оборотной воде содержание ио1н™ вояь1|
S(V было не более соответственно 350 и 600 мг/дУ, а общая щелочность (НСО'" + СО> ) 1' от1,0й
|была не менее 2 мг-экв/дм3 во избежание развития коррозионных процессов. (На сниисение кар ^ ^
жесткости воды на 1 мг-экв/дм3 расходуется 49 мгДО 100%-ной серной кислоты, при этом в
ступают ионы SQ43' в количестве 48 мг/дм3).
При наличии дымовых газов,
[содержащих СОг, и
невысоком концентрировании
(упаривании)
При условии ограничении
концентрации S04~
При наличии дымовых газов и
невысоком концентрирова-
своего рода равновесие, при котором устанавливающиеся концентрации ^
сят от соотношения между поступающим и удаляемым количеством
растворенных веществ. , не
: веществ (не летучих Я »
Степень повышения концентрации растворенных кда1
образующих осадка) называют коэффициентом концентрированиям
фициентом упаривания. Численное значение этого коэффициента мм*
выражено так:
160

а) по упариванию воды
К -Wm +^"+^р у«б ■ пи)
б) по концентрированию солей
*р =Р<« + Л* или Ка =С1-6^С1да6 , C.18)
где WKit — потери воды из системы на испарение; W — потери воды из
системы уносом; W.r сброс воды из системы для освежения (продувка); Р^ />м6
— концентрация растворенных в оборотной и добавочной воде солей;
С1 ^ СГда[. — то же, хлоридного иона.
В практике дня контроля в системах оборотного водоснабжения
используется обычно коэффициент концентрирования хлоридного иона (при условии, что
вода не хлорируется) Ка = С1 ^СГ 4, величина которого сравнивается с
коэффициентами концентрирования карбонатной жесткости Кжк=Жко(:Ж<1лаВ,
кальция КГа = Ca2'n(.:Ca'!'jrt5 или других ионов. При хлорировании воды вместо
хлоридного иона С1 концентрирование контролируется по иону магния Mg *.
В действующих охладительных системах оборотного водоснабжения с
градирнями коэффициент концентрации может изменяться в широких пределах,
но во многих случаях он составляет летом 2 и зимой 1,5. С увеличением
количества сбрасываемой (и добавляемой в систему) воды коэффициент
концентрирования падает, одновременно снижается и коэффициент использования
воды.
Сравнивая величины коэффициентов концентрирования хлоридного иона,
карбонатной жесткости или, других веществ, полученные по воде и
вычисленные по данным аналитического определения, можно получить
представление о поступлении новых веществ и о выпадении их в осадок (отложения),
т. е. о термостабилыюсти воды.
В качестве примера на рис. 46 показаны результаты исследования изменения
качества воды в системе оборотного водоснабжения пиролиза газа ка одном из
химических комбинатов. Продукт — подсмольная вода — оборотной водой в
оросительном холодильнике. В систему добавлялось такое количество воды,
которое лишь компенсировало ее потери на испарение и унос (без сброса).
Коэффициенты концентрации вначале были равными КС1 = СГ^: СГдо6 = 85:41
* 2 и К^ = Жк ЙЖ = 3,6:1,8 = 2; затем установилось их неравенство КС1 >
К^. Вода была не термостабильной, при этом на омываемой охлаждающей
водой поверхности труб оросительного холодильника наблюдалось
интенсивное образование карбонатных отложений, которые за период работы между
ремонтами A1,5 мес.) достигали 10-15 мм.
161

~ Zi^s:rz^^zr°M контакте во№ с проду,сгом-а
носи ЦаЭГ™ Н6 ДаюТ е*е представления о ее термостабилъ-
ся^ЙЙ^Г1 К0НТР°ЛЬ За СК°Р0СТЬЮ «««иий. Ввиду трудш-
^S™ непосредственно на теплопередачей поверхности для
ноГс^ГГГ Т!34"™1 "PM^aibM установлена ^носитель-
или стальнш) Ш ИНДШат°Рыых пластинках (стеклянных «ловчих»
J^ !!!НИЧе В ВеС6 ТСТЙНОК (при *словии> чт0 одновременно не
происходит коррозии металла), экспонируемых в исследуемой воде (с отложениями и
оез них) н высушенных до воздушно-сухого состояния в течение примерно 48
ч, определяется общая скорость отложений (аналогично биологическим
обрастаниям). После химического анализа этих отложений и определения
содержания в них кальция вычисляется скорость собственно карбонатных отложений.
Скорость отложений будет:
Скорость отложений будет:
весовая
линейная
С0 =~^~ *№«0; C.19)
hQ = 0,73--^ мм/мес, C.20)
Р
о
где М. иМ2 — вес пластинки до и после экспозиции (с отложениями), г; F~^
площадь поверхности пластинки (со всех сторон), м2;Т — продолжитедь,
ность экспозиции пластинки, ч; 0,73 — коэффициент пересчета; рр
плотность (объемный вес) карбонатных отложении, г/см3.
При отсутствии данных исследования можно принимать ро равным (в г/см ):
для рыхлых карбонатных отложений с биологическими обрастаниями 1.4-2,55
(среднее 1,5), для плотных карбонатных отложений 2,12-2,54 (среднее 2,28)^
для железистых карбонатных отложений 3.
Результаты вычислений заносятся в журнал, затем находится среднее значе.
+ Погости отложений С и h для всех пластинок. Сравнение полученные
^ультатов со скоростью отложении (табл. 3.17), составленных-=«
«ими опытами, позволяет отнести исследуемую воду к той или иной jy- «
мостабильностй и решить вопрос о целесообразности освежения оборот.
Те*~М ды или ее обработки тем или иным методом.
162

Таблица 3.17
ШКАЛА ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТИ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ
Группа термос (абнльноетн воды
1. Совершенно термостабилытя
(возможно коррозионная)
2. Термостабильная
3. Ограниченно термостабильная
4. Нетермостабилъная
Скорость карбонатных отложений
Е ГЖ'Ч
0
<0,1
0,1-0,25
0,25-0,5
0,5-1
>\
в мм/мес.
0
<0,333
0,033-0,08
0,08-0,16
0,16-0,33
>0,33
Балл
термоо абкльности
воды
1
2
3
4
5
6
При исследовании скорости отложений в натурных условиях индикаторные
пластинки, собранные в кассету устанавливаются в поток воды за теплооб-
менным аппаратом (в конце его или в трубопроводе). При исследовании па
модели пластинки устанавливаются в закрытой специальной кассете,
В заключении не можем не упомянуть об еще одном новом направлении,
которое уже находит применение в практике работы с водой.
В настоящее время одной из новых и интенсивно развивающихся
технологий водоподготовки является энергоинформационная обработка воды на
основе комплекса физических воздействий (гидравлического удара, кавитации,
резонансных молекулярных и ультразвуковых колебаний, импульсных
электрических разрядов, электромагнитных излучений и др.).
Как следует из ряда докладов, опубликованных в трудах международного
коыресса «Вода. Экология. Технология — ЭКВАТЭК-2004», подобная
обработка, изменяя некоторые физические свойства воды (поверхностное
натяжение, электропроводность, вязкость, рН, молекулярную структуру); придавая
молекулам воды строго определенные молекулярные колебания, которые
передаются потоком воды на дальние расстояния и сохраняются длительное
время; интерферируя с колебаниями молекул и атомов загрязняющих веществ,
приводит к возникновению в водных растворах как
окислительно-восстановительных реакций с участием соединений металлов и органических
соединений, так и солюбилизации (переводу в коллоидную форму)
труднорастворимых карбонатных, сульфатных, фосфатных отложений кальция, магния и
оксидов железа.
Учитывая данные физико-химические механизмы, можно полагать, что
энергоинформационная водообработка является весьма перспективным, без-
реагентным, малоэнергоемким и эффективным методом очистки,
обеззараживания, кондиционирования воды, а также борьбы с осадкообразованием,
коррозией и биообрастанием контактирующих с водными растворами
поверхностей.
163

Сама идея данного метода зародилась в России и первые научные
исследования энерго-информационных технологий были проведены учеными в 80-
90-х годах XX века в Ленинграде и Свердловске. Однако разработанные на
этой основе приборы, которые сейчас наиболее активно исследуются и
применяются, относятся преимущественно к медицинской практике и имеют
малую производительность по обрабатываемой жидкости. К такого рода
приборам относятся, например, «Ренорм», «Айрес» (Россия), «Гранде» (Австрия),
«Антикальций» (Словения).
Одним из наиболее удачных примеров аппаратурного оформления этого
метода для индустриального применения являются приборы — кольцо MERUS,
производимые фирмой «MERUS» (Германия), Производительность приборов
по обрабатываемой воде составляет от 10 до 32 000 куб. м/сут. Прибор
работает без контакта с водой. Не требует дополнительных источников питания,
компактен, легко монтируется и не нуждается в обслуживании. Внешний вид
прибора и схема его установки на трубопроводе показаны на рис. 3.8.
Опыт десятилетней эксплуатации прибора в 80 странах мира, в том числе и
в России показал его высокую эффективность при использовании в системах
отопления и водоснабжения коттеджей, отелей, в офисных и промышленных
зданиях, градирнях, бассейнах, фонтанах и другом оборудовании для защиты
новых стальных труб от коррозии. В результате работы прибора все
оборудование (трубы, котлы, бойлеры и т.д.) независимо от вида и толщины
отложений очищается до металлической поверхности, постепенно покрывающейся
защитной пленкой насыщенного оксида железа (Fe304). При правильном
подборе места установки прибора и отсутствии внешних электромагнитных полей
действие прибора в трубопроводах начинается непосредственно с момента
установки прибора и распространяется на расстояние не менее 10 км по
течению воды.
Еще один пример — использование аквадиска, прибора, не имеющего
аналогов и выпускающегося в двух модификациях E00 и 2000). В основе работы
Внешний вид прибора и схема его установки на трубопроводе
164

аквадиска лежит способ передачи и записи энергоинформационных потоков
на вещество или комбинацию веществ (патенты Л» 2192902, № 2182122).
АКВАДИСК-2000 препятствует возникновению пиан и сине-зеленых
водорослей. Вода в водоемах дольше не зацветает и не загнивает. Он же не только
останавливает отложение различных фракций на внутренних стенках
емкостей, но и производит очистку от уже накопившихся. Например, способствует
отслоению ржавчины от внутренней поверхности емкости.
3.7. КОРРОЗИЯ. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛА ОТ КОРРОЗИИ
Коррозией называют самопроизвольное разрушение металлов вследствие
физико-химического взаимодействия их с окружающей средой. В практике
водоснабжения под материалами подразумеваются простые металлы, а также
оборудование и изделия, которые изготовлены из этих металлов; средой, в
которой происходит коррозия металлов, является вода. Следовательно,
процессы коррозии связаны с характерными особенностями воды и металла. Однако
коррозию следуег отличать от эррозии — поверхностного механического
разрушения металлов.
Характер и причины коррозии теплообменных аппаратов,
трубопроводов и сооружений. Известно, что коррозионный процесс протекает на
границе двух фаз: метам — окружающая среда, т. е. является гетерогенным
(неоднородным) процессом взаимодействия жидкой или газообразной среды (или
их окислительных компонентов) с металлом. Причины и характеры
коррозионных процессов весьма разнообразны: атмосферная и почвенная
электрохимическая коррозия: электрохимическая коррозия при контакте металлов с
разными значениями электрохимического потенциала; химическая коррозия о
жидких (высокосернистые нефти) и газовых средах; электрокоррозия
объектов, связанных с электроустановками большой мощности; электрохимическая
коррозия в растворах кислот, щелочей, мицеллярных растворов; биокоррозия
в присутствии продуктов жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих
бактерий.
В практике водоснабжения распространенаэлекгрохимическая коррозия,
происходящая в присутствии электролитически проводящей среды, при которой
ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента
коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от
электродного потенциала металла.
В практике водоснабжения наблюдается и электрокоррозия, или коррозия
под действием так называемых блуждающих токов.
По условиям протекания коррозия в системах водоснабжения представляет
в основном электрохимический окислительно-восстановительный процесс,
возможность протекания которого определяется изменением свободной энер-
165

гаи системы. Анодный процесс связан с переходом ионов металла в раствор;
при катодном процессе происходит ассимиляция электронов содержащимся в
растворе деполяризатором (растворенный кислород — кислородная
деполяризация, ионы водорода — водородная деполяризация). На одном и том
же участке металлической поверхности могут происходить одновременно
анодный и катодный процессы.
Нередким случаем в системах оборотного водоснабжения является
биологическая коррозия при участии продуктов, выделяемых микроорганизмами
биологических обрастастаний.
В отдельных случаях происходит коррозия при трении (коррозионная
эрозия) — разрушение металла, вызываемое одновременным воздействием
коррозионной среды и трением (например, разрушение шейки валков прокатных
станков, охлаждаемых морской водой).
По характеру коррозионного разрушения различают следующие виды
коррозии:
• сплошная или общая коррозия, охватывающая всю поверхность металла,
находящуюся под воздействием данной коррозионной среды (воды).
Сплошная коррозия бывает равномерной и неравномерной. Равномерная коррозия
протекает примерно с одинаковой скоростью по всей поверхности металла,
неравномерная — с неодинаковой скоростью на различных участках
поверхности металла (что чаще наблюдается при использовании для водоснабжения
морской воды);
• местная коррозия охватывает лишь некоторые участки в виде отдельных
пятен и язв или отдельных точек диаметром 0,1-2 мм (что чаще наблюдается
на хромоникелевой нержавеющей стали). Местная коррозия может быть
также сквозной и подповерхностной.
Сущность электрохимической коррозии состоит в следующем. Если два
разных металла поместить в электролит, то создается гальванический элемент.
При этом один металл будет анодом, а другой катодом. Анод будет посылать
свои атомы в раствор, и разрушаться, а на катоде будут выделяться атомы
вытесняемого из раствора элемента.
То же будет происходить, если поместить железо в воду. Вода является
электролитом, анодом же и катодом будет само железо; вернее, на железе одни
участки станут анодом, а другие катодом. Объясняется это тем, что в практике
не существует однородных металлов. Некоторая разница в структуре
отдельных участков металла, в закалке, наличии окалины, царапины, вмятины и т. Д-
приведут к тому; что часть одного н того же материала (например, трубы)
станет анодной, а другая — катодной и образуется гальванический элемент. В
большинстве случаев это микроэлементы.
166

Скорость коррозии пропорциональна силе тока, проходящего между двумя
металлами (точнее, двумя участками одного и того же металла), которая по
закону Ома равна:
где Е — разность потенциалов катода £"к и анода Е\, RA — внутреннее
сопротивление, т.е. сопротивление жидкой фазы (воды); RB — внешнее
сопротивление, т.е. сопротивление металла.
Посылая свои атомы в воду, железо вытесняет из нее водород, который
выделяется на катоде, образуя, окисную пленку. Эта пленка тормозит реакцию и
могла бы ее вовсе прекратить, если бы не ряд обстоятельств, которые обычно
этому мешают. Наличие окисной пленки на металле сдвигает его потенциал в
положительную сторону, следовательно, металл, покрытый окисной пленкой,
будет мало разъедаться, пока эта пленка сохраняется, и тем меньше, чем окис-
ная пленка плотнее.
При электрохимической коррозии стали внутреннее сопротивление RA
значительно больше внешнего RB, и от его величины в большой мере зависит
сила тока, а, следовательно, и скорость коррозии. Внутреннее сопротивление,
т. е. сопротивление жидкой фазы, имеет наибольшее значение, когда ею
является чистая вода. В чистой и с малым содержанием растворенных солей воде
электрохимическая коррозия идет очень медленно, но если вода содержит хотя
бы незначительное количество растворенных солей и газов (как С02, S02), ее
электропроводность сильно повышается (т.е. уменьшается величина RA\
соответственно возрастает сила тока и коррозия металла в этой воде. В морской
воде, имеющей высокую электропроводность, металлы больше подвергаются
коррозии. Электропроводность морской воды повышается вследствие
содержания в воде магниевых солей:
Mg2+ + 2СГ + 2Н20 =» Mg(OHJ + 2Н+ + 2СГ. C.22)
При коррозии металлов в воде выделение водорода обычно не происходит: у
менее активных участков металла ионы водорода присоединяют электроны и
одновременно соединяются с кислородом, растворенным в воде:
4Н++4е + 02=2Н20. C.23)
Кислород сильно увеличивает коррозию металлов в воде. Особенно его
присутствие опасно в воде систем оборотного водоснабжения.
Изменение разности потенциалов Ек~Ед называется поляризацией
коррозионного элемента: смещение потенциала анода в положительную сторону при
167

прохождении анодного тока — анодная поляризация; смещение потенциала
катода в отрицательную сторону при прохождении катодного тока — катодная
поляризация.
Вещества, препятствующие процессу поляризации, называются
деполяризаторами.
Сущность явления поляризации сводится к тому, что электроны
перемещаются быстрее, чем протекают электродные реакции. Физически это можно
представить так, что при своем движении в раствор атомы металла захватывают
положительно заряженные ионы, на металле остаются отрицательно
заряженные ионы. Поэтому между металлом и раствором возникает
электростатическая сила, препятствующая коррозии. С течением времени раствор все более и
более насыщается положительно заряженными ионами, электростатическая
сила возрастает, коррозия замедляется и, наконец, прекращается. Наступает
так называемая поляризация. Обычно поляризация тормозит работ)'
локального элемента и уменьшает скорость электрохимической коррозии.
Факторы, влияющие па скорость электрохимической коррозии стали.
Существует ряд факторов, ускоряющих или замедляющих коррозию
металлических труб и аппаратов.
Влияние величины рН общеизвестно: считается, что с увеличением рН
среды, при прочих равных условиях, коррозия уменьшается, и, наоборот — с
понижением рН иона увеличивается. Значение рН минимальной коррозии будет
характерной величиной для каждого металла:
Металл AI Pb Sn Zn Fe
рН 6,5 8 8,5 11,5 14
В зоне нейтральных значений рН (от 4 до 9) коррозия стали почти не зависит
от ее величины, так как растворимость и скорость диффузии кислорода
существенно изменяются с изменением величины рН. Снижение скорости
коррозии стали при дальнейшем увеличении рН (от 10 до 14) объясняется тавным
образом уменьшением растворимости продуктов коррозии в щелочах
(образование гидратов).
Практически отмечается, что коррозия происходит и при рН = 7-^7,2 с
рыхлыми отложениями. При рН > 7,5 продукты коррозии становятся прочными,
защищающими металл от разрушения.
Влияние температуры на скорость коррозии стали не одинаковое. В
закрытой системе оборотного водоснабжения с увеличением температуры воды
коррозия увеличивается. Это объясняется торможением свободного выделения
Кислорода из воды. Кривые, характеризующие зависимость коррозии от
температуры, близки к прямой линии (рис. 3.9, кривая 1).
168

В открытой системе оборотного водоснабжения при температуре воды выше
70-80 "С (кривая 2) происходит снижение коррозии вследствие сильного
уменьшения растворимости кислорода с повышением температуры.
Растворимость кислорода в воде изменяется в зависимости от ее
температуры для одного и того же парциального давления:
при 0 °С содержание О в воде равно 20 см3/л A4,16 мг/дм3), при 20 °С —
около 6 см3/л (8,84 мг/дм ); при 40 °С — около 4,2 см3/л F,59 мг/дм3); при
60 °С — около 3,15 см3/дм3; при 80 °С — около 2,2 см3/дм3; при 100 °С — 0.
Кислород в отношении коррозии играет двоякую роль: он может быть и
усилителем и замедлителем. Коррозия увеличивается почти пропорционально
изменению содержания кислорода в воде. При этом реакции протекают,
например, согласно следующим уравнениям:
анодный процесс
Fe -> Fe2+ 2e", C.24)
катодный процесс
-02+2е_+Н20^-2(ОН"). C.25)
Кислород необходим для образования защитных пленок. Он в состоянии
разрушать водородную пленку на катоде и образует в воде ионы ОН". Эти ионы
являются положительным электродом, который влечет к себе положительные
заряды из металла. Указанная выше реакция называется процессом с
кислородной деполяризацией.
Однако в естественных водах (щелочных и нейтральных) кислород
оказывает влияние на плотность образующейся защитной пленки: при малом
содержании кислорода пленка получается рыхлой, плохо пристающей; при
большой концентрации кислорода пленка получается плотной, хорошо
пристающей, благодаря чему коррозия может прекратиться или замедлиться. По
опытам многих авторов при рН = 6>8 и росте количества кислорода в воде до ! 4
0.725
0.6
0.5
(I..175
Рис. 3.9. Зависимость скорости коррозии (Ск, мм/ .,,.
ГОД) Стали в соде оттемпературы(,°С: /—закры- "" 40 ко 120 1«1
тая система; 2 — открытая система * ? с
169
У
]-
14
/

20 см /дм3 коррозия увеличивается, затем при большей величине падает и
становится незначительной. При кислых, водах (рН < 6) замедляющее действие
кислорода исчезает.
Углекислота не вызывает сильной коррозии при щелочных и нейтральных
водах; при концентрации в воде С02аюв в пределах до 30 мг/дм3 скорость
коррозии углеродистой стали остается почти такой же, что и в воде, не
содержащей углекислоты (в данном примере, приведенном на рис. 3.10, равной 0,13—
415 г/(м2-ч)). Затем она возрастает и превосходит предел допустимости при
концентрации С02сво6 свыше 70 мг/дм3. Отрицательное влияние свободной
углекислоты заключается в том, что она удерживает в растворе соли кальция и
Этим препятствует образованию защитной пленки.
Хлориды являются ускорителями коррозии по двум причинам: во-первых,
вследствие увеличения кислотности воды; во-вторых, вследствие
разрушающего действия, оказываемого хлорид-ионом на защитную пленку.
Сульфаты влияют на коррозию металла при карбонатной жесткости более
мг-экв/дм3 незначительно, но оказывают агрессивное воздействие на бетон.
фи содержании сульфатов до 300 мг/л вода считается слабоагрессивной, до
00 мг/дм) — средней агрессивности и свыше 600 мг/дм3 — сильно
агрессивной, а более 1200-1500 мг/дм3 очень сильно агрессивной.
Нитраты уже при небольших концентрациях вызывают окисление металла,
что способствует образованию на железе защитной пленки. С точки зрения
коррозии содержание нитратов до 20 мг/дм3 не опасно.
Кислоты ускоряют процесс коррозии, так как являются деполяризаторами.
Ч>оводород усиливает коррозию. Он в состоянии вызывать коррозию даже в
сутствие кислорода, образуя элементарную серу и сульфид железа, которые
бУАу
г катодом в отношении основного металла. В присутствии кислорода се-
СО„ мг/л
60
40
0,1
^^
У j-
х it
zY -f-
±г
0,2
0.3
0,4
С,
0,5
•V t in ч L" "fa1*-4)
«»n.'i вГоде СТЬ СКОро™ KQPP°™ Угаеродииой стали от концешрации свободной угаекис-
170

роводород образует сернистую и серную кислоты, которые являются
деполяризаторами.
Увеличение скорости движения воды ускоряет коррозию поверхности
омываемого металла. При отсутствии движения воды коррозионный процесс
происходит между поверхностью металла и прилежащими слоями воды, поэтому
быстро наступает поляризация. При движении в реакцию вовлекаются новые
слои воды, увеличивается приток кислорода и коррозия усиливается.
Осадки независимо от их природы способствуют быстрому развитию
локальной коррозии. Образовавшиеся из механических примесей, карбонатных
или других, отложения вызывают местный перегрев металла и быстрое его
разрушение.
Биологические обрастания всегда связаны с осаждением механических
примесей, поэтому они также вызывают локальные коррозионные элементы и
стимулируют развитие точечной (питтинговой) коррозии. В отдельных случаях
могут развиваться сульфатвосстанавливающие бактерии, вырабатывающие H,S,
которыми вызывается также точечная коррозия. В отдельных случаях могут
развиваться железобактерии (при содержании в воде железа не менее 0,2 мг/
дм ), которые переводят закисное железо Fe(OHJ в окисное Fe(OHK.
Степень коррозионной стойкости материала принято характеризовать
скоростью коррозии его при действии агрессивной среды (воды). Коррозионная
стойкость металлов при равномерной коррозии и стационарном процессе
определяется скоростью коррозии в r/м -ч или мм/год. Коррозионная стойкость
неметаллических материалов оценивается качественно по изменению
прочности, проницаемости и других свойств материалов.
Оценку степени агрессивного воздействия среды (воды) на незащищенные
металлы и неметаллические материалы следует производить по данным
испытаний их образцов и показателям, приведенным в табл.3.18 и 3.19.
Испытания образцов материала проводятся в лабораторных или натурных
условиях, с экспозицией в воде не менее 800 ч.
Отметим, что в настоящее время имеется значительное количество
компактных приборов, которые практически мгновенно определяют степень
агрессивности воды (США, Япония и др.). Ими следует пользоваться.
Методы защиты металла от коррозии. При проектировании систем
оборотного водоснабжения с вынужденным применением агрессивной (по
отношению к металлу и бетону) воды следует, прежде всего, выбирать стойкие
материалы для оборудования, трубопроводов и сооружений, предусматривать
их защиту покрытиями или соответствующую обработку воды. Обеспечение
коррозионной стойкости производственных аппаратов и другого
оборудования должно предусматриваться в технологических проектах производства с
учетом степени агрессивности воды.
171

Таблица 3.18
ДЕСЯТИБАЛЛЬНАЯ ШКАЛА КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ
МЕТАЛЛОВ В ВОДЕ
Группа стойкости металла
вводе
1. Совершенно стойкие
П. Весьма стойкие
10. Стойкие
IV. Относительно стойкие
V. Малостойкие
VI. Нестойкие
Скорость коррозии С,
г/(м2-ч)
<0,0009
0,0009-0,0045
0,0045-0,009
0,009-0,045
0,045-0,09
0,09-0,45
0,45-0,9
0,9-4,5
4,5-9,1
<9,1
Проницаемость
коррозии Я, мм/год
<0,001
0,001-0,005
0,005-0,01
0,01-0,05
0,05-0,1
0,1-0,5
0,5-1
1-5
5-10
>10
Балл коррочионной
стойкости
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Таблииа3.19
ОЦЕНКА СТЕПЕНИ АГРЕССИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОДЫ
НА НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ВНЕШНИМ ПРИЗНАКАМ
Степень а(рессивного
СОСТОЯНИЯ ВОДЫ
Слабая
Средняя
Сильная
Характер коррозионного разрушения незащищенного материала после
годичной эксплуатации
Слабое шелушение материала (бетой и др.). изменение
цвета иди вида (древесины, пластиков)
Повреждение углов и граней* волосяные трещины
в бетоне. Растрескивание и расщепление древесины
Ярко выраженное разрушение материала (сильное
растрескивание, выпадение отдельных кусков)
со снижением прочности
Защита металла от коррозии может быть осуществлена многими способами.
Выбор того или иного из них в каждом отдельном случае должен
основываться, прежде всего, на знании причин возникновения коррозии, ее формы и т.д.
При этом необходимо согласовать следующие требования: 1) эффективность
защиты; 2) сохранение металлом всех требуемых от него механических свойств;
3) зашита должна быть, возможно, более дешевой.
Основными традиционными методами защиты металлов от
электрохимической коррозии в системах оборотного водоснабжения являются
следующие.
Обработка коррозионной среды, представляющая собой в основном
нейтрализацию кислых сточных вод (например, в системах оборота промывных вод
при травлении металла в кислоте). К этому методу может быть отнесено так
же обескислороживание воды, но оно в системах оборотного водоснабжения
не применяется.
172

Обработка воды замедлителями коррозии с образованием защитных окис-
ных и других неметаллических пленок неорганическими и органическими:
а) к неорганическим замедлителям коррозии относятся нитрат натрия NaNOr
хромат калия К2Сг04 и биохромат калия KjCrjO,, силикат натрия Na2SiO,,
фосфаты (гексаметафосфат натрия, триполифосфат натрия и динатрийфосфат),
ИОМС и др.
б) к органическим замедлителям коррозии относятся глюкозаты хрома, суль-
фоглкжозаты хрома сульфоглюкозаты натрия и др. Защитные покрытия
поверхности металлами, пластиком, лаками, красками, смолами, эмалями,
эпоксидными составами.
Электрохимическая протекторная защита лгепгшла.Применение того или
иного метода должно основываться на исследованиях как скорости коррозии
металла без применения его защиты, так и эффективности защиты.
Применение любого вида защиты осуществляется после проведения
необходимых исследований, осуществляемых в лабораторных или натурных
(промышленных, природных) условиях. Методы исследований давно и хорошо
известны.
Наиболее дешевой защитной пленкой является самостоятельно
образовавшаяся так называемая карбонатная пленка, которая состоит преимущественно
из окислов железа E0-70 %) и карбоната кальция A0-20 %), остальное —
главным образом кремниевая кислота. Такая тонкая пленка, хорошо прилегающая
к поверхности металла, хорошо его защищает от коррозии. Однако толщина
этой пленки не должна быть больше 0,5 мм во избежание уменьшения
теплопередачи стенки аппарата от охлаждаемого продукта в воде.
Карбонатную пленку регулируемой толщины следует создавать путем
выбора соответствующего размера освежения оборотной воды (продувки системы)
или обработки добавочной воды известью (известковым молоком) или
известью и содой.
Выделение карбонатной пленки на чистую теплообменную поверхность и
стенки трубопроводов с образованием плотной защитной пленки может
происходить при карбонатной жесткости оборотной воды не менее 1,5-2 мг-экв/
дм3,наличии в воде Са2+ и содержании СГне более 50 мг/дм3, при отсутствии
или весьма малом сбросе воды из системы оборотного водоснабжения. При
большей карбонатной жесткости воды содержание СГ в ней может быть
допущено до 100 мг/дм3 и более.
Образуемая карбонатная пленка может и не обеспечивать надежную защиту
металла от коррозии, однако ее присутствие сводит к минимуму потребное
количество других ингибиторов (замедлителей коррозии).
Ингибиторами, по своей природе бывают ионными или молекулярными
соединениями. Они адсорбируются на поверхности корродирующего металла
электрохимически или химически; возможна также адсорбция их вследствие
173

одновременного действия разных сил. Адсорбируясь на поверхности
корродирующего металла, замедлители тормозят протекание анодного или
катодного процесса электрохимической коррозии, или, образуя экранирующую
пленку, изолируют металл от электролита, или имеют смешанный характер
замедляющего действия.
К анодным замедлителям электрохимической коррозии металлов относятся
кислород, нитриты, хромата и щ>., которые, пассивируя металл, затрудняют
протекание анодного процесса, т.е. замедляют коррозию.
При недостаточной концентрации анодных замедлителей для наступления
полной пассивации металла (особенно в присутствии депассивирующих ионов,
например ионов СГ) они являются опасными, так как могут вызвать
ускорение общей или местной коррозии, действуя как катодные деполяризаторы.
К катодным замедлителям электрохимической коррозии относятся вещества,
превышающие перенапряжение катодного процесса при их адсорбции на
катодных участках поверхности корродирующего металла: соли или окислы
мышьяка и висмута, желатина и другие органические вещества. При
недостаточной концентрации в воде они не вызывают усиления коррозии.
К экранирующим замедлителям электрохимической коррозии металлов
относятся вещества, адсорбирующиеся на металле и образующие хемосорбци-
онный слой или чаще защитную пленку нерастворимых продуктов,
взаимодействуя с первичными анодными продуктами коррозии — ионами
растворяющегося металла (NaOH и N^COj образуют гидроокиси черных металлов,
фосфаты, полифосфаты и бензоаты — фосфаты и бензоаты железа, Na2SiU3
силикаты железа и алюминия) или с первичнылш катодными продуктами —
гидроксильными ионами при кислородной деполяризации:
Са (HC03J ЮК= СаС03+ НСО + Н20; C-2б)
ZnS04+ 20Н* - Zn(OHJ+SO/~. C-27)
К смешанным замедлителям электрохимической коррозии металлов
относятся вещества, тормозящие протекание обоих электродных процессов.
Эффект действия замедлителей коррозии металлов принято характеризовать
величиной защитного действия
С ~С
ЗЭ=— —100 % C.28)
где С и С — скорость коррозии металла без замедлителя и с замедлителем в
г/(м2-ч).
174

Конкретизируя практику использования антикоррозийной защиты,
вернемся к следующим методам стабилизационной обработки воды при
отрицательном значении индекса насыщения J;
• реагентный с применением извести, соды, щелочи;
• фильтрационный с применением мраморной крошки или магномассы;
• удаление агрессивных газов;
• замедлители коррозии.
Сущность методов и уравнения реакций представлены в табл. 3.20.
Реагентную обработку агрессивной воды проводят в два этапа: в начальный
период путем введения в воду реагента с расчетной дозой (Д^,) обеспечивают
наращивание на внутренних стенках труб защитной карбонатной пленки, при
этом создают У, ~ +0,7; после формирования защитной пленки обработка воды
с целью сохранения ведется дозами реагента (Д1и,) при условии поддержания
Л~о.
Расчет требуемой дозы подщелачивающего реагента для каждого
конкретного случая производится по табл. 3.21. Коэффициенты /и,, т2, т%
определяются по графикам рис. 3.11, коэффициент |3 — рис. 3.12, коэффициенты % и \
— рис. 3.13.
Фильтрационный метод. Скорость фильтрования через магномассу
зависит от толщины слоя загрузки, температуры и щелочности воды. Для
определения скорости фильтрования удобно воспользоваться графиками (рис. 3.14).
Скорость фильтрования, м/ч, определяемая по графикам на рис. 3.14 может
быть откорректирована
У = Ут
\,9Ш
"экп 'тр *гр
C.29)
0.023
I I I I I I
сущ,
5 10 IS 20
сущ.
/
/
/
У
/
/
/
/
1
к
1
/
'
8.4 Б.8 В.2 8.8 Ю ЮА
Р"С 3.11. Графики для определения коэффициентов га,, m,, m,
175

176

J *-1Л
J = -0.5
5.5
6.5
У.5
pweoaw
Рис. 3.12. График для определения
коэффициента р при стабилизационной
обработке воды подщелачиванием (при
рНо<рНл<8,4)
0.1
0,09
0,00
ОД7
0,03
0,05
9.0 S,S
РИ,
Рис. 3.13. График для определения коэффициента с
и х при стабилизационной обработке воды
подщелачиванием (при рН0 <8,4 <:pHs)
где V^, h^ t^ - - скорость, высота слоя и температура, определяемые по
графику на рис. 3.14; d^, hj — эквивалентный диаметр, высота слоя и температура
для расчетного случая.
Удаление агрессивных газов. Растворенные газы, такие как кислород,
углекислота, сероводород, значительно увеличивают коррозионную активность
воды.
Растворенные газы удаляются химическими и физическими методами.
Кислород удаляется реагентным методом применением сульфита натрия,
гидразин — гидрата, топочных газов. Кислород связывается железом при
фильтрации в стальной стружке.
Углекислота нейтрализуется щелочными реагентами применением
каустической соды или извести.
Сероводород извлекается применением окислителей: озон, хлор, перманга-
нат калия, перекись водорода.
177

/ЖЛ = 2,2М 1,5 и 1.2 м
i=irc ер 1? ер 1? 65*c
10
20 30 40 50 60 70
Концентрации СО,^, в мг/л
Рис. 3.14. График- для определения скорости фильтрования
Физические методы предусматривают аэрацию воды пропусканием в
пленочных и барботажных дегазаторах либо вакуумирование воды с помощью
вакуумных насосов и эжекторов.
Из современных ингибиторов коррозии положительные результаты
получены при использовании нефтяниками ингибитора комплексного действия ХПКС
— 10 (Когалымский завод химреактивов) в количестве 50 мг/дм3 воды.
Сравнительный анализ применения ингибитора ХПКС-10 и совместного
применения ингибиторов коррозии ХПК-002 (М)Ф и солеотложения ХПС-О01 по
результатам лабораторных исследований показывает, что последний вариант
совместного применения ингибиторов предпочтительнее, чем использование
ингибитора комплексного действия, т.к. по антикоррозионной защите
эффективность в обоих случаях составила 40 %, а по ингибированию отложения
солей 75,9 % по сравнению с 60 %. В ТГШ «Урайнефтегаз» освоено
промышленное использование ингибиторов коррозии. Технико-экономические
показатели применения ингибиторов приведены в табл. 3 22
Защитные покрытия на поверхностях, контактирующих с водой.
Отметим, что металлические и полимерные покрытия, и особенно гальванические,
достаточно редко используются для защиты металлоизделий, используемых в
водохозяйственных комплексах. Для этого используют значительный
ассортимент красок, лаков, смол, эмалей, эпоксидных и друШх композиций
178

Таблица 3.22
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ
Вид
ингибитора
ХПК-002
KVV- 2068
К —2175
Предприятие-изготовитель
ЛУК-Травдс-кемикалс
(г. Коталым)
Петролайт Лимитед
(Великобритания)
Дозировка,
Г/Г,!3
40
20

Эффективность. %
78
90-95
Стоимость обработки
1 к'' жид., руб.
в 1999 г.
в I кв. 2000 г.
0,41 I 0,88
1.04 1 1,12
Каждое из применяемых покрытии должно отвечать следующим
требованиям: создавать барьер проницаемости по отношению к воде, кислороду и
агрессивным хлор-ионам; тормозить протекание коррозионного процесса;
обеспечивать длительный срок службы.
Для получения «долговечных» покрытий и экологии основного материала,
защищаемую поверхность предварительно тщательно очищают от продуктов
коррозии, пленок, загрязнений и др, механическими (песко- и дробеструйная
обработка и др.), химическими (травление, декапир, обезжиривание и др.) и
комбинированными способами. При необходимости очищенную поверхность
грунтуют (например, фосфатированием) для улучшения качества покрытия и
сцепления (адгезии) его с поверхностью металлоизделий.
В качестве примера можно привести современные экономичные покрытия
для металлоемких и крупногабаритных (магистральные водоводы,
металлические емкости и др.) сооружений водохозяйственного назначения на основе
лакокрасочных материалов (ЛКМ), разработанных и внедренных
сотрудниками Северо-Казахстанского госуниверситета (г. Петропавловск, Республика
Казахстан). Лучшие результаты при работе в слабоагрессивной (оборотная
вода) среде показали два вида ЛКМ на основе олифы и битума (растворитель
—Уайт-спирит) с наполнителями (пигментами) алюминиевой пудрой или
свинцовым суриком в присутствии диспергирующей и смачивающей добавки ПАВ
АС-1 в количестве от 2 до 5 % по массе. Для агрессивных сред
(производственные стоки) предложена каучуко-смоляная композиция на основе
битумных и алкилфенолформальдегидных пленкообразующих, порошковых
органических (каучук) и неорганических (пигмент-алюминиевая пудра)
наполнителей с добавкой ПАВ АС-1 в тех же количествах. При этом значительно
улучшаются (на 3-4 балла) показатели антикоррозионной защиты, уменьшается в
2,5 раза водопоглащение покрытий и повышается их солестойкость,
сокращается (до 40 %) расход пигментов, в 2 раза улучшается укрывистость,
повышается на 40 % твердость и на 30 % — адгезия.
Также следует остановиться на электрохимической защите металлоизделий
в системах водного хозяйства. Данный способ зашиты металла от коррозии
(называемый также катодным протекторным) основан на том, что в воде, омы-
179

вающей металл, который может подвергаться коррозии, создается
электрическая пара, в которой защищаемый металл играет роль катода, а другой
металлический электрод, помещенный в ту же воду и соединенный с ним
электрически, — роль растворяющегося анода. Электрическая пара может
образовываться как за счет' естественной разности потенциалов, так и путем наложения
постоянного тока от постороннего источника. В первом случае второй металл
должен обладать более низким, чем первый, потенциалом растворения (для
защиты железа можно применять цинк и алюминий). Во втором случае для
усиления эффекта защиты используется источник постоянного тока, к
отрицательному полюсу которого присоединяется защищаемый металл (становящийся
катодом), к положительному — куски металла (в данном случае это может
быть тот же металл), образующие анод.
В заключении следует напомнить, что необходимо наладить контроль за
коррозией и эффектом защиты трех видов: лабораторный, внелабораторный и
эксплуатационный. Совместная оценка всех трех видов контроля позволяет
сделать надлежащие выводы и определить необходимые меры.
К сожалению, последние годы практически все работы, связанные с
защитой от коррозии, ведутся совершенно недостаточно.
Биологические обрастания и методы борьбы с ними. В воде открытых
водоемов находятся самые различные живые существа (от бактерий до
оболочников), которые поселяются на любой твердой поверхности,
соприкасающейся с водой. Многие из них (зрелые растения, животные или их личинки)
проникают в трубопроводы, резервуары, теплообменные аппараты и т.п., где и
развиваются. Такие поселения называют обрастаниями, а организмы — био-
гентами.
Физические особенности, химический состав и биологические свойства этих
организмов бывают самыми разнообразными и во многом зависят от условий
среды. Средства борьбы с обрастаниями могуг быть также различными.
В системах оборотного водоснабжения биологические обрастания
представляют собой совокупность микроорганизмов, поселившихся и развивающихся
на теплообменной поверхности аппаратов в трубопроводах и на
конструкциях охладителей оборотной воды. Эти обрастания образуются вследствие
заноса микроорганизмов с водой из источника и наличия благоприятных условий
для их размножения в системе оборотного водоснабжения: повышение
температуры до 15-40 "С, присутствие в воде питательных веществ и
растворенного кислорода.
При температуре свыше 42 °С большинство организмов обрастаний
развиваться не может.
Основные организмы обрастаний в теплообменных аппаратах A),
градирнях и брызгальных бассейнах (П) следующие:
180

I
II
Бактерии
Зооглейные — Zooglca ramigera, Zooglea uva и др.. + +
Нитчатые — Sphaerotilus dichotomus + +
Железобактерии — Leptothrix ochracea,
Creriothrix polispora, Gallionella ferrkjunea +
Серные — Beggiatoa alba +
Водоросли
Диатомовые (Diatomea) — Cyclotella, Melosira,
Navicula, Nitscia и др - +
Зеленые (Chlorophycea) — Cladophora,
Sti-geoclonium, Scenedesmus, Pediastrum и др - +
Сине-зеленые (Cyanophycea) — Osceillatoria,
Phormidium, Microcystis - +
Простейшие
Инфузории (.Infusoria) — Paramecium cadatum,
Vorticella, Carchesium и др + +
Корненожки (Rhizopodia) — Arcella vulgaris,
Difflugia pyriformis + +
Черви — Nematodes, Oligocheta + +
Коловратки — Philodina, Rotaria и др + +
Грибы + +■
Детрит + +
Примечание. Знак (+) показывает наличие этих организмов, а (-) — отсутствие.
В закрытых теплообменных аппаратах неогневого нагрева и в
трубопроводах преобладающими формами биологических обрастаний являются главным
образом зооглейные, а часто (когда вода загрязнена фекалиями) и нитчатые
бактерии. Среди них имеются инфузории, а также другие простейшие и
черви; обрастания иногда могут состоять из водных грибков. Попадающие в
охлажденную воду (через возможные неплотности в аппаратах) с продуктом или
со стоками биогенные элементы (углерод, азот, сера, железо, фосфор и др.)
усиливают процесс развития микроорганизмов в теплообменных аппаратах.
Например, при более высокой концентрации в воде серы или железа
интенсивнее развиваются серобактерии или железобактерии.
В отдельных случаях в теплообменных аппаратах наблюдаются поселения
мшанки, для которых температура 45-50 °С не оказывает губительного
влияния. Мшанки служат убежищем для всякого рода симбионтов (сожителей)
и очагом для развития бактерий. Иногда встречаются также грибные
обрастания, состоящие из сплетении ветвящихся нитей (гифов) и образующие
мицелии.
181

В холодильниках огневого нагрева (например, фурмы доменных печей,
кессоны и пятовые балки мартеновских печей, глисажные трубы нагревательных
печей прокатных станов), где вода кипит непосредственно у стенки
холодильника, гидробиологические обрастания отсутствуют.
На градирнях и в брызгальных бассейнах, а также на оросительных
холодильниках биологические обрастания состоят как из бактерий, так и из
водорослей. Водоросли развиваются на освещенных, омываемых водой
поверхностях: сине-зеленые и зеленые — в теплое время года; диатомовые — весной и
осенью, а иногда и зимой. В составе обрастаний на градирнях и в аппаратах
встречаются также инфузории, черви, моллюски и др.
В закрытых теплообменных аппаратах и трубах в составе обрастаний могут
быть занесенные водой с градирен водоросли, а также механические
минеральные примеси (осадок) и гидрат окиси железа. Механические
минеральные примеси и железо обнаруживаются и в обрастаниях градирен,
брызгальных бассейнов, оросительных холодильников и резервуаров. Если в
охлажденной оборотной воде содержатся нефтепродукты, то и они прилипают к
последним по мере их образования.
Качественный и количественный состав и интенсивность биологических
обрастаний зависят от физических и химических свойств воды, а также
условии ее использования.
Для развития микроорганизмов необходимы следующие девять элементов:
органогены — углерод С, водород Н, кислород О, азот N, элементы золы —
фосфор Р, калий К, сера S, магний Mg, железо Fe. Каждый из этих элементов
должен находиться в удобоусвояемом для данного микроорганизма
соединении.
Бактерии являются основным компонентом обрастаний. Процесс обрастания
начинается с бактериальной пленки, первыми появляются студенистые массы
зооглейных бактерий, в последующем — простейшие нитчатые бактерии и др.
Вслед за ними в обрастании развиваются инфузории одноклегочные и
колониальные, а на открытых поверхностях — и водоросли, затем черви и др.
Методы борьбы с биологическими обрастаниями обычно предусматривают
использование ядовитых для них веществ, не влияющих на здоровье
обслуживающего персонала, безвредных для оборудования и сооружений систем
водного хозяйства. В практике достаточно давно для этих целей используют
хлор и медный купорос.
Губительно на микроорганизмы действует свободная углекислота, вводимая
в воду в дозах 30-50 мг/дм при рекарбонизации ее с целью предотвращения
карбонатных отложений.
Хлорирование охлаждающей воды. Охлаждающую воду периодически
хлорируют, при этом интервалы между подачей хлора в воду и продолжительность
каждого периода хлорирования зависят от степени загрязненности воды орга-
182

ническими веществами, микроорганизмами и интенсивности их развития.
Режим хлорирования в каждом отдельном случае подбирается опытным путем.
Дозу хлора выбирают таким образом, чтобы в воде, прошедшей через
наиболее удаленный от места ввода хлора теплообменный аппарат, концентрация
активного хлора в воде в течение 30-40 мин была бы около 1 мг/дм .
В качестве критерия для определения периодичности хлорирования можно
принимать время, в течение которого на омываемых водой стенках труб
образуется слой обрастаний толщиной около 0,5 мм. В связи с тем, что во многих
случаях измерение слоя обрастаний в трубах и аппаратах затруднительно,
часто применяют «ловчие», стеклянные пластинки (индикаторы),
устанавливаемые в потоке воды.
Необходимый расход хлора, кг в сутки, может быть определен по формуле
QDjn
G, = , C.30)
' 60-юо 1 ;
где Q — расход охлаждающей воды, ч; Dx — дозы хлора, г/м; I —
продолжительность каждого периода введения, хлора, определяемая в процессе
эксплуатации в минутах (ориентировочно можно принимать / = 40-Н50 мин с тем,
чтобы концентрация остаточного хлора в выходящей из теплообменника воде
была бы в течение 30-40 мин около 1 мг/дм); и — число периодов введения
хлора в течение суток.
Вводить хлор в обрабатываемую воду следует с помощью хлораторов.
Обработка воды медным купоросом направлена главным образом на борьбу
с водорослями, развивающимися на градирнях (водораспределительные
лотки, ороситель, стойки, каркас, обшивка и резервуар), а также в брызгальных
бассейнах и прудах-охладителях оборотной воды. Для устранения развития
водорослей в градирнях и брызгальных бассейнах применяют периодическую
обработку воды медным купоросом 1-2 мг/дм в пересчете на Си (или 4-8 мг/
д&? CuS04-5H20). Периодичность обработки зависит от интенсивности
развития водорослей, она может колебаться от недели (летом) до месяца (в
прохладное время года). Продолжительность подачи раствора медного купороса
может быть в течение одного часа; при этом желательно подавать этот раствор в
воду непосредственно перед градирней.
При обрастании градирен и оросительных холодильников колониями
бактерий рекомендуется воду после обработки купоросом обрабатывать в
течение 1 ч хлором дозой 7-10 мг/дм непосредственно перед охладителями.
Устройство для растворения и дозирования медного купороса показано на
рис 3.15.
При использовании для целей водоснабжения вод из озер и водохранилищ
нередко возникают существенные затруднения из-за обильного развития в них
183

Рис. 3.15. Устройство для растворения и дозирования
медного купороса: I — бак растворный; 2 — подвод
горячей воды; 3 — подвод воздуха; 4 —
перфорированная воздушная труба; 5 — поплавковый дозатор; 6
—воронка; 7—трубопровод к камере нагретой воды;
8 — промканализация
в определенные периоды года планктона
—так называемого «цветения» воды. Для
борьбы с их развиткем также применяют
купоросование воды дозой от 0,1 до 0,5
мг/дм3 Си.
Расход купороса для обработки воды в
водоеме рассчитывается на создание
необходимой концентрации в верхнем слое
воды толщиной 1-2 м. Купоросование
производится с лодок, а также самолетами
3.8. ОХЛАЖДЕНИЕ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ.
ПРОЦЕССЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ВОДЫ В ОХЛАДИТЕЛЯХ
При оборотном водоснабжении промышленного объекта охлаждающее
устройство (охладитель) должно обеспечить охлаждение циркуляционной воды
до температур, отвечающих оптимальным технико-экономическим
показателям работы объекта.
Понижение температуры воды в охладителях происходит в результате
передачи ее тепла воздуху. По способу передачи тепла охладители, применяемые в
системах оборотного водоснабжения, разделяются на испарительные и
поверхностные (радиаторные). В испарительных охладителях охлаждение воды
происходит в результате ее испарения прн непосредственном контакте с воздухом
(испарение 1 % воды снижает ее температуру на 6 °С). В радиаторных
охладителях охлаждаемая водане имеет непосредственного контакта с воздухом. Вода
проходит внутри трубок радиаторов, через стенки которых происходит
передача ее тепла воздуху.
Так как теплоемкость и влагоемкость воздуха относительно невелики, для
охлаждения воды требуется интенсивный воздухообмен. Например, для
понижения температуры воды с 40 до 30 °С при температуре воздуха 25 °С иа 1 м
охлаждаемой воды к испарительному охладителю должно быть подведено
около 1000 м3 воздуха, а к радиаторному охладителю, в котором воздух только
нагревается, но не увлажняется, около 5000 м3 воздуха.
санитарной службы.
184

Испарительные охладители по способу подвода к ним воздуха разделяются
на открытые, башенные и вентиляторные. К открытым охладителям
относятся водохранилища-охладители (или пруды-охладители), брызгальные
бассейны, открытые градирни. В них движение воздуха относительно поверхности
охлаждаемой воды обусловливается ветром и естественной конвекцией. В
башенных охладителях — башенных градирнях — движение воздуха
происходит в результате естественной тяги, создаваемой высокой вытяжной башней.
В вентиляторных охладителях — вентиляторных градирнях —
осуществляется принудительная подача воздуха с помощью нагнетательных или
отсасывающих вентиляторов.
Радиаторные охладители, которые называют также сухими градирнями, по
способу подвода к ним воздуха могут быть башенными или вентиляторными.
Для охлаждения циркуляционной воды до достаточно низких температур
требуется большая площадь контакта ее с воздухом — около 30 м на 1 м /ч
охлаждаемой воды. Соответственно этому принимается площадь зеркала воды
водохранилищ-охладителей. В градирнях необходимая площадь контакта
создается путем распределения воды над оросительными устройствами, по
которым она стекает под действием силы тяжести в виде тонких пленок или
капель, разбивающихся при попадании на рейки на мельчайшие брызги. В брыз-
гальных бассейнах для создания необходимой площади контакта с воздухом
вода разбрызгивается специальными соплами на мельчайшие капли,
суммарная поверхность которых должна быть достаточной для испарительного
охлаждения.
Теплообмен в испарительных охладителях. При охлаждении воды в
испарительных охладителях понижение ее температуры определяется совместным
действием различных по физической природе процессов: теплоотдачи
соприкосновением — переноса теплоты путем теплопроводности и конвекции, и
поверхностного испарения воды — превращения части ее в пар и переноса
пара путем диффузии и конвекции.
В результате теплоотдачи соприкосновением вода отдает теплоту, если ее
температура выше температуры воздуха, и получает теплоту, если ее
температура ниже температуры воздуха.
Удельное количество теплоты, переданной при теплоотдаче
соприкосновением, определяется по формуле
<7с = а(;-в), C.31)
где qc — удельное количество теплоты, кДж/(м -ч); а — коэффициент
теплоотдачи соприкосновением, кДж/ (м2-ч-°С); г—температура поверхности воды,
°С; 9 — температура воздуха, °С.
185

Поверхностное испарение жидкости происходит, кода парциальное
давление пара, содержащегося в воздухе, меньше давления насыщения пара при
температуре поверхности жидкости.
Цельное количество теплоты, теряемой водой в результате испарения,
определяется по формуле
где 0н — удельное количество теплоты, кДж/^-ч); р — коэффициент,
теплоотдачи испарением, кДж^м2-ч-Па); ет—давление насыщения пара при
температуре поверхности воды, Па; е — парциальное давление водяного пара в
воздухе (абсолютная влажность воздуха), Па.
Сумма удельных количеств теплоты, передаваемой через водную поверхность
в результате совместного действия теплоотдачи соприкосновением и
поверхностного испарения, равна:
^Яс+^с^-екро^-е). (з-зз)
Когда t > G, оба процесса действуют в одном направлении, вызывая
охлаждение воды. При / = 6 теплоотдача соприкосновением прекращается, и
охлаждение воды происходит только благодаря поверхностному испарению. Вода
будет продолжать охлаждаться и при t < G до тех пор, пока количество теплоты,
передаваемой воздухом воде соприкосновением, не сравняется с количеством
теплоты, теряемой водой в результате испарения, т.е. пока не будет
соблюдаться равенство qc+ qv ~ 0. Температура воды в этот момент достигнет того же
значения, которое имеет температура охлаждающего воздуха т, измеренная
смоченным термометром. Это значение температуры является теоретическим
пределом охлаждения воды воздухом. Отметим, что хотя охлаждение воды при
температуре ее, равной г, прекратится, испарение ее, и приток к ней теплоты
будут продолжаться.
Фактически вода в охладителях не охлаждается до теоретического предела.
Например, температура воды, охлажденной на градирнях, обычно на 8-И С
превышает температуру воздуха по смоченному термометру, но может
оказаться ниже температуры воздуха, измеренной обычным (сухим)
термометром.
Таким образом, при испарительном охлаждении может быть достигнута
температура воды, более низкая, чем температура воздуха.
Особенности теплообмена в водохранилищах-охладителях. При охлаждении
воды в открытых водоемах с большим зеркалом воды кроме теплоотдачи
соприкосновением и испарением происходит также теплообмен излучением.
Последний процесс протекает путем проникания солнечной лучевой энергии
(радиации) через открытую поверхность воды. При этом часть солнечной ра-
186

диации отражается от поверхности воды. В то же время происходит излучение
теплоты водной поверхностью, как всяким нагретым телом или средой
(эффективное излучение).
Удельное количество теплоты, переданной воде излучением, определяется
радиационным балансом
R=iQ + qW-a)-I; C.34)
где R — радиационный баланс, МДж/(м2-сут); Q — прямая солнечная
радиация, МДж/(м -сут); q — рассеянная солнечная радиация, МДж/(м2-сут); п —
общая облачность в долях единицы; (Q + q)n — суммарная солнечная
радиация при общей облачности, МДж/(м2-сут); а — характеристика отражательной
способности воды или альбедо в долях единицы; (Q +q) n(I -а) —
поглощенная водой суммарная радиация, МДнс/(м2-сут); / — эффективное излучение
водной поверхностью, зависящее от температуры воды и общей облачности, а
также от температуры и влажности воздуха, МДж/(м2-сут).
Сумма удельных количеств теплоты, передаваемой через водную поверхность
открытого водоема, равна:
q»-ic + %-R- с3-35)
Солнечная радиация может заметно снижать охладительный эффект
испарительного охлаждения. Поэтому температура воды, охлаждаемой в
открытом водоеме, не может достичь температуры, измеренной смоченным
термометром. Теоретическим пределом охлаждения в этом случае является
естественная температура воды на поверхности водоема при установившихся
метеорологических условиях, удовлетворяющая равенству:
<7С+ <?„-* = О- C.36)
Теплообмен в радиаторных охладителях. Теплота от воды к воздуху в
радиаторных охладителях передается через стенки трубчатых радиаторов, в
которых циркулирует охлаждаемая вода.
Удельное количество теплоты, переданной через стенку радиатора,
определяется по формуле
<?„ = «„(/-ex C.37)
где д — удельное количество теплоты, кДж/(м -ч); бр — общий коэффициент
теплопередачи от воды к воздуху через стенку радиатора, кДж/(м2-ч-°С); t —
температура воды, проходящей через радиатор, °С; G — температура
обтекающего радиатор, СС.
Общий коэффициент теплопередачи бр зависит от теплопроводности
материала, из которого выполнен радиатор, толщины стенки его трубок, а также от
187

1
ар
1 s 1
=—+—+—
а, X а2
интенсивности теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубки и от
наружной поверхности трубки к воздуху. Он определяется из формулы
C.38)
где б — коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубки
радиатора, кДж/ (м2ч-°С); ,s —толщина стенки радиатора, м; X —
теплопроводность материала радиатора, кДж/(м-ч-°С); б2 — коэффициент теплоотдачи
от наружной поверхности трубки радиатора к воздуху, кДж/(м ч-°С).
Коэффициент б2 имеет весьма низкие значения даже при больших скоростях
воздуха, обтекающего радиаторы. Для компенсации плохой теплоотдачи к
воздуху необходимо увеличить поверхность радиаторов. Поэтому они
выполняются с ребрами на наружной поверхности трубок.
3.9. ВОДОХРАНИЛИЩА-ОХЛАДИТЕЛИ
По назначению, расположению и условиям питания
водохранилища-охладители разделяются на следующие группы:
• регулирующие водохранилища на водотоках, используемые не только для
охлаждения циркуляционной воды, но и для сезонного или многолетнего
регулирования стока;
• водохранилища-охладители на водотоках без регулирования стока,
сооружаемые для создания поверхности, достаточной для охлаждения
циркуляционной воды;
• водохранилища-охладители на естественных озерах и прудах;
• н&тивные водохранилища, сооружаемые вне водотока, с подпиткой из
ближайших рек.
Схемы циркуляции воды в водохранилищах-охладителях. Свободная
поверхность водохранилища-охладителя ие вся одинаково эффективно
участвует в отдаче теплоты, поступающей с нагретой циркуляционной водой.
Количество теплоты, отводимой с единицы площади того или иного участк
поверхности водохранилища, зависит от температуры воды на этом участке.
Поэтому при теплотехническом расчете водохранилища-охладителя
необходимо представить картину распределения температур по его поверхности;
следовательно, необходимо составить схему распределения потока теплой воды
от точки ее сброса до места ее приема.
Схема циркуляции в водохранилище-охладителе определяется его формой,
взаимным расположением водосбросных и водоприемных сооружений, а
также струераспределительными и струенаправляющими сооружениями.
188

При проектировании для современных мощных электростанций крупных
водохранилищ-охладителей с глубинами, достигающими десятков метров, и с
объемами воды в сотни миллионов кубических метров следует учитывать, что
кроме градиентных течений, вызываемых сбросом циркуляционного расхода
и поступлением речной воды, в водохранилищах возникают также ветровые,
гшотностные и компенсационные течения.
Ветровые течения приводят к сгону воды от подветренной стороны водоема
и к нагону ее у наветренной стороны. Возникающий при этом
горизонтальный градиент давления, направленный в сторону, противоположную ветру,
вызывает один из видов глубинных компенсационных течений.
Известно, что вода имеет максимальную плотность при температуре 4 СС, а
при нагревании ее плотность уменьшается. Передача теплоты в водную толщу
вследствие молекулярной диффузии и теплопроводности весьма слаба.
Поэтому при прогреве верхних слоев воды возникает температурная
стратификация: температура воды на поверхности оказывается выше, чем в глубинных
слоях, и эта разница достигает иногда 10 °С и более. При выпуске теплой воды
на поверхность водохранилища может возникнуть устойчивая разница
температур воды в верхних и нижних слоях и произойти расслоение потоков,
имеющих различную плотность. В этом случае возникают верхнее теплое и
глубинное холодное течения, которые могут быть разнонаправленными. Такие
течения называются шютностными.
При сбросе нагретой воды в водохранилище у сбросных сооружений часто
наблюдается понижение температуры воды на несколько градусов. Это
объясняется тем, что нагретая вода, если она выходит в водохранилище со
значительными скоростями, эжектирует массы холодной воды из придонных слоев
и вовлекает их в циркуляционный поток. Этот смешанный поток, имея
меньшую плотность, чем придонные слои, выходит на поверхность, а по
направлению к сбросным сооружениям возникает глубинный ток холодной воды,
являющийся вторым видом компенсационных течений.
Из-за отсутствия методов, позволяющих установить расчетным путем
действительную сложную картину распределения течений и температур воды по
поверхности и глубине водохранилища-охладителя; при решении
практических инженерных задач приходится принимать весьма упрощенную схему
течений.
Считается, что с поверхности водоворотов теплоотдача происходит с
меньшей интенсивностью, чем с поверхности транзитного потока. Площадь
действительной поверхности водохранилища заменяется, согласно предложению
Н.М. Вернадского, «площадью активной зоны», которая учитывает
теплоотдачу транзитного потока и смежных с ним водоворотов. Отношение площади
активной зоны к площади действительной поверхности водохранилища назы-
189

вается коэффициентом использования площади водохранилища: К - со /со.
Этот коэффициент в зависимости от формы водохранилища, схемы
расположения водосбросных и водозаборных сооружений и условий растекания
циркуляционного потока имеет значение от 0,5 до 0,95.
Более надежные данные для проектирования, в частности значения
коэффициента использования площади водохранилища-охладителя, могут быть
получены по результатам гидротермического моделирования на
крупномасштабной модели водохранилища, которое проводится по методикам,
разработанным ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева и другими институтами.
Чтобы распределить транзитный поток циркуляционной воды по возможно
большей части поверхности водохранилища и создать площадь активной зоны,
достаточную для охлаждения расчетного расхода, воду, нагретую на
промышленном предприятии, сбрасывают на значительном расстоянии от
водозаборных сооружений, а также применяют струенаправляющие и струераспредели-
тельные сооружения.
Исследованиями последних лет установлено, что в больших и глубоких
водохранилищах-охладителях, которые сооружаются, например, для
современных мощных теплоэлектростанций, возможно создание объемной циркуляции
воды. Для этого необходимо осуществить забор воды только из глубинных
слоев водохранилища, а нагретую воду сбрасывать на поверхность
водохранилища с малыми скоростями. Тогда можно располагать сбросные
сооружения вблизи водозаборных и даже совмещать их в одном сооружении. При этом
нагретая вода, имеющая меньшую плотность, чем холодная, растекается по
поверхности водохранилища и, охлаждаясь, переходит в глубинные слои,
которые движутся к водозаборным сооружениям. Такая схема циркуляции
позволяет отказаться от длинных отводящих каналов и струенаправляющих
сооружений при высоком коэффициенте использования площади
водохранилища.
Некоторые решения организации водохранилищ-охладителей и схем
расположения сооружений, предназначенных для обеспечения наиболее полного
использования их поверхности для охлаждения воды, приведены на рис 3.16.
Здесь представлены:
• водохранилище вытянутой формы на водотоке (рис.3.16, а);
• циркуляция обеспечивается отводящим каналом и струенаправляюшей
дамбой перед водозаборным сооружением;
• водохранилище сложной формы на водотоке (рис. 3.16, б);
• циркуляция обеспечивается перегораживающей дамбой и искусственной
прорезью:
• широкое водохранилище на водотоке (рис.3.16, в); циркупяцияобеспечива-
ется струенаправляюшей дамбой;
• система естественных озер, используемая для охлаждения воды (рис. 3.16, г);
190

• наливное водохранилище, для сооружения которого удачно использован
рельеф местности (рис.3.16, д);
• наливное водохранилище с круговой циркуляцией воды и водозаборным
сооружением в центре (рис.3.16, е);
• глубокое водохранилище на малом водотоке с выпуском нагретой воды на
поверхность и глубинным водозаборным сооружением, расположенным вблизи
выпуска (рис.3.16, ж);
" циркуляция воды объемная с разнонаправленными поверхностными и
глубинным потоками.
Тепловой расчет водохранилища-охладителя. Тепловой расчет
производится для определения температуры охлажденной воды у места ее забора
при заданной площади активной зоны или для определения необходимой пло-
7 1
р"с 3.16. Организация водохранилищ-охладителей и схемы расположения сооружений,
предназначенных для обеспечения наиболее полного использования их поверхности для охлаждения воды: /
~ промышленное предприятие; 2 — плотина; 3 — струенаправляющая дамба; 4 — река; 5 — отво-
ДЯВДЙ канал; б — водозаборное сооружение; 7 — насосная станция; 8 — прорезь; 9 —
перегораживающая дамба; 10 — подача воды из соседней реки
191

щади активной зоны водохранилища при заданных тепловой и гидравли11^
кой нагрузках.
Температура охлажденной воды определяется для установившегося теп-^'
вого режима применительно к метеорологическим условиям наиболее небл^
гоприятной для охлаждения воды декады. Это достигается решением урав#е'
ния теплового баланса
е/,+ед~ qa- ес6д?= №,„- «о+«v,- щ - л+дяЧкт, C-з9)
где 6/, — количество теплоты, сбрасываемой в водохранилище с нагретой
водой, МДж/сут; Qt —количество теплоты, приносимой с речной водой, М$№
сут; £Уг — количество теплоты, забираемой с водой из водохранилища, МДзк/
сут» !2Сбр'сбр — количество теплоты, сбрасываемой из водохранилища, МДж/
сут; А(ет- ё) — удельное количество теплоты, отдаваемой поверхностью
водохранилища путем испарения, МДж/(м2*сут); ет — давление насыщения пара
при температуре поверхности воды, Па; е— парциальное давление водяного
пара в воздухе (абсолютная влажность воздуха), Па; B{kf — G) — удельное
количество теплоты, отдаваемой поверхностью водохранилища путем конвек-
ции (соприкосновением), МДж/(м -сут); кх — коэффициент, учитывающий
неравномерность распределения температур воды по глубине водохранилища-
/ — средняя температура активной зоны водохранилища-охладителя, °С; R -,.
CD *j
радиационный баланс неподогреваемого водоема, МДж/(м -сут); А/ — допо.гк
тигельное эффективное излучение водной поверхностью, МДж/(м -сут); <а
— где w2W — скорость ветра на высоте 2 м над поверхностью воды, м/с.
Коэффициенты теплоотдачи принимаются равными:
коэффициент теплоотдачи испарением, МДжДм^сут-Па),
А = 0,0314-0,231A + 0,135w200); C-40)
коэффициент теплоотдачи конвекцией, МДж/(м2-сут-°С),
В « 0,314-0,11A + 0,135w200), C-4l)
„e w — скорость ветра на высоте 2 м над поверхностью воды, м/с.
Из уравнения теплового баланса определяется средняя температура водц
пределах активной зоны водохранилища-охладителя *ф. Температура охла^
денной воды /2, поступающей в водозаборное сооружение, определяется ^
следующего уравнения:
nw
<?-
%
192

где / — естественная температура воды в водохранилище без учета подогрева
ее теплотой, отводимой от промышленного объекта; /, — температура
нагретой циркуляционной воды, сбрасываемой в водохранилище от
промышленного предприятия.
Естественная температура воды для проектируемого
водохранилища-охладителя может быть принята равной температуре воды в водоемах,
расположенных в том же районе, или определена по уравнению теплового баланса
A(em-e) + B(klte-B)-R = 0, C.43)
которое решается подбором относительно /е.
Для облегчения практических расчетов можно пользоваться номограммой
на рис. 3.17, при этом следует подсчитать удельную площадь активной зоны
ш , приходящуюся на единицу расхода охлаждаемой воды, м2/(м"-сут). По
номограмме определяется перегрев охлажденной в водохранилище
циркуляционной воды, поступающей к месту ее забора, по сравнению с естественной
температурой воды (?, -1) в зависимости от величины нагрева воды на
электростанции (перепада температур Ai = tt — /2).
Для ориентировочных расчетов можно принимать необходимую площадь
водохранилища-охладителя от 30 до 50 м для охлаждения 1 м /ч воды на 8-
10 °С.
Основные сооружения водохранилищ-охладителей. Проектирование плагин,
дамб, водосбросов и каналов для водохранилищ-охладителей производят по
соответствующим нормам проектирования гидротехнических сооружений.
Место расположения водосбросных и водозаборных сооружений, а также
сооружений, увеличивающих активную зону водохранилища (струераспреде-
лительных и струенаправляющих сооружений), выбирают исходя из условий
получения необходимой площади активной зоны на основе
технико-экономических расчетов.
Струенаправляющие и струераспределительные сооружения выполняют в
виде водосливов, лотков, труб, консольных водосбросов. Струераспределитель-
ные сооружения наиболее целесообразно выполнять в виде затопленных
водосливов распластанного профиля либо в виде фильтрующих дамб из
каменной наброски. Такие сооружения обеспечивают выпуск теплой воды на
поверхность водохранилища с малыми скоростями, что предотвращает появление
глубинного течения к водосбросу.
Наиболее рациональным типом сооружения для забора воды из
водохранилища-охладителя глубиной не менее 4-5 м является глубинныйводо-
забор, обеспечивающий получение воды из придонных слоев. При этом
достигается наиболее низкая температура охлаждающей воды, предотвращается
или резко уменьшается захват биологических загрязнений (микроорганизмов,
193

Естественны температуры 8вды te'C Cxvpocna бглуз и^?, н/е
ДтреВ tj-t£r 'С
Рис. 3.17.
Ямыяй мщв8ь вапиШ ооны д^мбр'ЧДО}
низшей водной растительности, личинок моллюсков), достигается наиболее
рациональная продувка водохранилища, резко уменьшается захват рыбы и,
что особенно важно, мальков, которые обитают обычно на небольших глу и-
нах. Глубинный водозабор обеспечивает также бесперебойную подачу воды
потребителям при шуговых явлениях без принятия мер по обогреву водоза
ра. Во избежание подсасывания воды из верхних слоев входные окна глуои
ного водозабора должны быть расположены на достаточной глубине, а вх д
ные скорости воды должны быть минимальными. В зависимости от глуоинь
расположения верхней кромки входного окна водозабора входные скоро
принимаются от 0,1 до 0,3 м/с.
Глубинные водозаборы выполнялись ранее в виде забральных стенок,
груженных на определенную глубину и образующих входные проемы ме> у
дном водохранилища и нижней кромкой стенки. В последние годы широ
применение получили водозаборные сооружения в виде подводной галер
щелью переменного сечения во фронтальной стенке и козырьком^над шел
(рис. 3.18). Такое водозаборное сооружение не подвергается воздействию в
новых и ледовых нагрузок и обеспечивает равномерное поступление водь
всему водозаборному фронту.
3.10. БРЫЗГАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Брызгальные устройства представляют собой систему сопл, разор
гивающих подводимую к ним под напором воду, подлежащую охлажде
194

Рис. 3.18. Водозаборное сооружение в виде подводной галереи: / —
подводная галерея; 2 — щель переменного сечения; 3 — козырек; ■
— самотечный водовод к насосной станции
Itip4 /
Суммарная поверхность капель должна быть достаточной для охлаждения воды,
которое происходит в результате ее испарения при контакте с воздухом,
поступающим к брызгальному устройству.
Сложность механизма процесса охлаждения воды, происходящего в брыз-
гальных устройствах, затрудняет разработку теоретических методов их
теплового расчета. Поэтому для определения температуры охлажденной в них воды
пользуются эмпирическими зависимостями, полученными на основе опытных
данных.
На рис. 3.19, о приведен график зависимости температуры охлажденной воды
от температуры воздуха, измеренной смоченным термометром, при напоре
перед соплами Н — 5 м и скорости ветра w = 2 м/с. При большем напоре из
температуры охлажденной воды, полученной по основному графику,
вычитается поправка, определяемая по дополнительному графику (рис. 3.19, б).
Рис. 3.19. График зависимости
температуры охлажденной воды
от температуры воздуха. Напор
перед соплами Н=5и, скорость
ветра w = 2 м/с
Температура, измеренная смоченным
термометром,*, "С
195

Брызгальные устройства могут размещаться либо над искусственным
бассейном, служащим для сбора охлажденной воды (рис. 3.20), либо над
естественным водоемом (например, в качестве дополнительных охладителей при
ограниченных размерах водохранилищ-охладителей).
Разбрызгивающие сопла. Применяемые в брызгальных. бассейнах и
устройствах сопла можно разделить на два основных типа: центробежные и
щелевые.
В соплах первого типа вода проходит по спирали, и разбрызгивание ее
происходит под действием центробежной силы. К таким соплам относятся сопло
с винтовым вкладышем (рис. 3.21, а), эвольвентные сопла (рис. 3.21, б) и др.
Материалом для таких сопл служат ковкий чугун или пластмассы. Наиболее
рациональны сопла без вкладышей, требующие меньшего напора и в меньшей
степени подверженные засорению.
Щелевые сопла (например, П-16 на рис. 3.21, б) изготовляют из отрезков
газовых труб, на конце которых делают прорези в виде щелей. Образующиеся
при этом зубцы отгибают к оси таким образом, чтобы получился конус, в
вершине которого оставляется небольшое отверстие.
Конструкция сопла и величина напора воды перед ним определяют
поверхность охлаждения водяного факела. При повышении напора она увеличивает-
/
ч.
.1
17500 , 27500
щ
1=
=р
=—
=-
=d
§=
ш
1ШШТ
* *
* &
* %
* *
& *
1
щ
=1
~~s
~sz
~v
ililililflji
Ш
IF
-
~—
T
Siili
Аи-
Ш
i*.
"flffl
a a a
a в и
о о a
tt DO
О О О
с dp
ЖЩ
<:; i:
?ч
i У
. ет
V,
т
)
рис 3.20. Расположение брызгательных устройств над искусственным бассейном
196

Рис. 3.21.
ся вследствие удлинения траекторий полета капель и уменьшения их
диаметра. Однако повышение напора связано с увеличением затрат электроэнергии,
расходуемой циркуляционными насосами, а также с увеличением уноса
мелких капель ветром за пределы бассейна.
Сопла располагают на высоте 1,2-1,5 м над уровнем воды по одному или
пучками по три-пять.
Технические данные сопл некоторых марок указаны в табл. 3.23.
Распределительные линии присоединяют к коллектору, который
прокладывают вдоль одного из бортов бассейна.
Трубопроводы брызгальных устройств изготовляют обычно из стали и
прокладывают над или под уровнем воды. В последнем случае упрощается
конструкция опор, устраняется опасность обледенения труб в зимнее время, но
ремонт трубопроводов и надзор за ними усложняется. Прокладку труб
осуществляют на Катковых опорах, которые устанавливают на опорных колоннах из
железобетона.
При расположении брызгальных устройств над водоемами трубопроводы
прокладывают на сваях или поплавках.
197

Таблица 3.23
Технические данные сопл
1
Маркасопла
МОТЭП диаметром 50/25 мм
«Юни-спрсй»
Эволшентше
диаметром, мм:
100/50
50/25
|П-16
Подача при
напоре <>м,
Ач
20,9
19
34,5
9Л
46
Площадь
суммарной
поверхности
капель, мг
41,25
35,2
80
|
сопел
в пучке
3
3
1
5
1
Расстояние, м
между
соплами
1,2-1,5
1,2-1,5
1,2-1.5
Ш
3,3
3,3
4
4
4,5
между
распределительным"
линиями
12
12
8-10
8,5
9-10
Размеры и расположение брызгальных устройств. Размеры брызгального
устройства определяются расходом охлаждаемой воды и плотностью op ^
ния, т.е. расходом воды, приходящейся на 1 м2 площади брызгального устр
ствд. В зависимости от климатических -условий плотность орошения пр
мают от 0,8 до 1,3 м3/ч на 1 м2. „ ас_
В целях эффективного продувания ветром брызгальных устройств и
пределитеяьные линии должны размещаться параллельно направлен ^^
подствующих ветров, причем расстояние между крайними соп*ш№!?, J^ pa3.
щенными на распределительной линии, не должно превышать 45 м. оМ_
мощении брызгальных устройств следует учитывать возможность eu> ^
ния тумана и обледенения соседних сооружений и дорог. Расстоян
гальных устройств до зданий и дорог регламентированы СНитХ ^ секЦИЯ
Б бассейне, как правило, должно быть не менее двух секции. К бассойна
должна иметь переливную трубу для предотвращения переполи
и выпуск для его опорожнения. авной 1,5 м-
Глубину воды в брызгальном бассейне обычно принимают р^ ^ ^ ^
Бровка бассейна должна возвышаться над уровнем воды не менее ^ ^^
Одежда откосов и дна бассейнов должна предотвращать Ф™1^ из
жених воды. При слабоводопронииаемых грунтах применяют оол цаеМЬ1Х
лезобетонных плит или слоя асфальтобетона. При енльновод у ^ асфаль.
грунтах по подготовке из бетона укладывают слой гидроизо 5™*agxi маТОв.
товой мастики, или слой гидроизола на клебемассе, или слои га у ^^
Гидроизоляцию защищают сверху бетонными или желез*^ шири1,ой 3-
ми. Вокруг бассейна устраивают асфальтированную площадку
S м с уклоном в сторону бассейна. вблизи берега бе-
Приразмещении брызгального устройства т<вод°«Скреплять,
реговой откос во избежание его разута следует планировать
198

3.11. ГРАДИРНИ
Необходимая для охлаждения воды площадь поверхности ее соприкосновения
с воздухом создается в градирнях на оросительных устройствах (оросителях),
которые могут быть капельными, пленочными или комбинированными.
Имеются градирни без оросителей, в которых над водосборными бассейнами
внутри башни устанавливаются высоконапорные разбрызгивающие сопла. Эти так
называемые брызгальные градирни менее эффективны, чем градирни с
капельным или пленочным оросителем, поскольку площадь поверхности контакта
воды с воздухом в них относительно меньше.
Ороситель называется поперечноточным, если воздух проходит через него
горизонтально — поперек стекающих вниз пленок или падающих капель воды,
и противоточным, если воздух движется в нем вверх — навстречу стекающей
воде.
Водораспределительные и оросительные устройства градирен.
Охлаждаемая вода распределяется над оросителем градирни по системе деревянных
или железобетонных лотков, в дне которых имеются отверстия со
вставленными в них трубочками — гидравлическими насадками. Струи воды,
вытекающие из насадков, падают на разбрызгивающие тарелочки, образуя фонтаны
брызг, орошающие расположенный ниже ороситель. Гидравлические насадки
и тарелочки изготовляют из фарфора или пластмассы. Их располагают над
оросителем с таким расчетом, что бы факелы брызг, создаваемых соседними
тарелочками, перекрывали друг друга, что достигается при расстоянии между
ними 1-1,25 м. Применяют также напорное водораспределительное
устройство из нержавеющих труб, например асбестоцементных. В этом случае вода
разбрызгивается над оросителем с помощью специальных низконапорных сопл.
Капельный ороситель состоит из большого числа деревянных реек
треугольного или прямоугольного сечения, расположенных горизонтальными ярусами
(рис.3.22, а). При падении капель воды с верхних реек на нижние образуются
факелы мелких брызг, создающие большую поверхность соприкосновения с
воздухом.
Пленочный ороситель состоит из щитов, устанавливаемых вертикально (рис.
3.22, б) или под небольшим углом к вертикали. По поверхности щитов стекает
вода, образуя пленку толщиной 0,3-0,5 мм. Щиты выполняют из отдельных
Досок, располагаемых горизонтально на некотором расстоянии друг от друга.
Применяют и сплошные щиты из хорошо смачивающихся материалов,
например из асбестоцементных прессованных листов толщиной 6-8 мм. Для
создания сплошной пленки на нижней кромке щита делают треугольные вырезы
(фестоны), сосредоточивающие стекающую воду в отдельные струйки,
которые как бы растягивают пленку по поверхности щита. При стекании пленки
199

Рис. 3.22.
Ха под ороТитеГ"мШИ СГрУЙКами Умсиыявегся сопротивление проходу возду-
(№с. 3.22 е) ГЭКЖе оросители комбинированные капельно-пленочные
^вдевдГдвдХГв^ °Р°СИТеля raед^ет стремиться к уменьшению сопро-
8оздуха через гшшигшю'0'*3' ТШ< КЗК ЭТ0 дает в°*ожность увеличить расход
«ей воды. В этомотношен' СМЭД0ВатепьНо' интенсифицировать охлаждение в
Ч°<-о, поскольку он оМ^,ь=1Щ№0ЧИЫЙ °Росите^ предпочтительнее капель-
Постоянный контаи сТХ? "' раСХОд ^риалов.
* быстрому износу деревянных ^JeWI°H ЮД°Й И адажным воздухом приводит
Рен, выполнГмТш гао^хен™СПрОСТраНеНИе ПОлУ,/Ми оросители гради-
сУЩим каркасом из сборных жел!,^СТЫХ асбес™цсМетных листов с не-
Испытьшаются новые материалы и „ оиных конструкций. Изыскиваются и
При эксплуатации mZe^ZZ™™ macm™™-
Оледенением участков оросителей*! ВЕ>еМ во31ика«« трудности в связи с
' распо11оженных вблизи вшдуховходаых
200

окон градирен. Обледенение может привести к обрушению оросителя из-за
дополнительных нагрузок от образовавшегося льда. Во избежание
обледенения уменьшают поступление воздуха в градирню в зимнее время, для чего
перед воздуховходными окнами устанавливают навесные или поворотные
щиты. Применяют также обливание расположенных вблизи воздуховходных
окон участков оросителя теплой водой, которая подводится по специачьному
трубопроводу, оборудованному разбрызгивающими соплами.
Тепловой и аэродинамический расчет градирен. Вода охлаждается в
градирне, отдавая тепло воздуху за счет теплопередачи и испарения.
Коэффициенты теплоотдачи определяются на основании исследований, проводимых на
опытных установках, и для удобства расчетов условно относятся к единице
объема оросителя. Эти объемные коэффициенты теплоотдачи зависят от
скорости движения воздуха в оросителе и конструкции оросителя. При расчете
оросительное устройство разбивается на участки сечениями,
перпендикулярными направлению движения воздуха. Для каждого участка, начиная с
нижнего, определяется изменение температуры воды и состояния воздуха (его
температуры и влажности) путем подсчета соприкосновением и за счет
испарения.
Если расход воздуха через градирню неизвестен, то расчет проводится для
нескольких значений скорости движения воздуха в оросителе.
Действительную скорость движения воздуха в этом случае находят путем
сопоставления аэродинамического сопротивления градирни и тяги воздуха.
Общее сопротивление движению воздуха в градирне (аэродинамическое
сопротивление) складывается из сопротивления в воздуховходных окнах, в
оросительном и водораспределительном устройствах и на выходе из градирни.
Оно может быть определено по формуле
h = ^~^^ C.44)
где h — аэродинамическое сопротивление градирни, Па; Ъ, — коэффициент
общего аэродинамического сопротивления градирни, отнесенный к скорости
движения воздуха в среднем сечении оросителя (брутто); vcp — скорость
движения воздуха в среднем сечении оросителя (брутто, без учета стеснения
сечения конструкциями), м/с; у — средний удельный вес воздуха в оросителе,
Н/м3.
Величина тяги в вентиляторных градирнях определяется характеристикой
вентиляторов. Для башенных градирен она вычисляется по формуле
г = (Я6 + 0,5ЯорХу,-у2), C.45)
201

где z—сила тяги, Па; Я6 — высота вытяжной башни над оросителем, м; #ор —
высота оросителя, м; у, — удельный вес наружного воздуха, Н/м'; у2 —
удельный вес воздуха, выходящего из градирни, Н/м3.
На основе подобных расчетов составляют графики зависимости
температуры охлажденной на градирнях воды от тепловой и гидравлической нагрузок и
различных метеорологических условий. Эти графики, уточненные затем
путем проведения натурных наблюдений, используют при практических
расчетах. В качестве примера на рис. 3.23 дан график для определения
температуры охлажденной воды на гиперболической градирне с комбинированным
оросителем при температуре воздуха 25 °С и его относительной влажности 54 %,
а на рис. 3.23, б— вспомогательный график для внесения поправок к
температуре охлажденной воды при других параметрах воздуха.
Открытые градирни. Открытые градирни бывают двух типов: брызгальные
и с капельным оросителем.
Первые (рис. 3.24) представляют собой небольшой брызгальный бассейн,
огражденный со всех сторон жалюзийными решетками, препятствующими
большому выносу брызг воды за пределы градирни. Разбрызгивающие сопла
небольшой пропускной способности располагаются на высоте 4-5 м над
уровнем воды в резервуаре и направлены вниз. Плотность орошения для таких
градирен принимают от 1,5 до 3 м3/ч на 1 м2.
Открытые градирни капельного типа имеют ороситель из деревянных
брусков, заключенный в жалюзийные стенки, которые выполняются из щитов,
устанавливаемых под углом 45° к вертикали. Водораспределительное устрой-
Температура воздуха, °€
Рис. 3.23.
202

ство выполняется в виде системы труб с соплами. Плотность орошения в
таких градирнях принимается от 2 до 4 м /ч на 1 м2.
Башенные градирни. Вытяжные башни градирен служат для создания
естественной тяги за счет разности удельных весов наружного воздуха,
поступающего в градирню, и нагретого и увлажненного воздуха, выходящего из
градирни.
При противоточных оросителях вытяжные башни сооружаются над ними.
Поперечноточные оросители располагаются кольцом вокруг башни. Площадь
сечения башни должна составлять не менее 30-40 % площади оросителя.
Башни градирен малой и средней производительности могут быть
цилиндрическими или иметь форму усеченного конуса либо усеченной
многогранной пирамиды.
Башни крупных градирен выполняют, как правило, в виде оболочек
гиперболической формы (рис. 3.25), которая наиболее рациональна по условиям
устойчивости и внутренней аэродинамики.
В зимнее время башни градирен находятся в тяжелых условиях воздействия
атажного теплого воздуха на внутреннюю поверхность оболочки и морозного
воздуха с наружной стороны. Поэтому к материалам, из которых сооружают
башни и их конструкции, предъявляют высокие требования.
В настоящее время применяют два основных технических решения: каркас-
но-обшивные и железобетонные монолитные башни.
В первых каркас выполняют из стальных элементов на сварке, а обшивку —
из деревянных щитов, асбестоцементных волнистых листов или коррозионно-
устойчивого листового алюминия.
Деревянные шиты пропитывают антисептиками и ан-
типиренами. Асбестоцементные листы
пропитывают парафино-стеариновой эмульсией,
а стыки между ними уплотняют битумной
мастикой. Листовой алюминий крепится к
каркасу на болтах.
Тонкостенные оболочки железобетонных
башен возводят с применением переставной
опалубки, которую перемещают с одного
яруса бетонирования на другой с помощью
специальных подъемных приспособлений.
В последние годы для возведения
железобетонных оболочек стали применять скользя-
Рис. 3.24. Открытая градирня с бръгсгателъным
оросителем: / — жалюзийная решетка; 2 —
разбрызгивающие сопла; 3 — бассейн; 4 — переливная труба
203

Рис. 335. Башенная градирня: / —железобетонная колоннада; 2 — резервуар; S — пленочный
ороситель; 4 — водораспределительное устройство; 5 — вытяжная железобетонная башня: 6 -
направление потока воздуха; 7—подвод теплой воды по стальным трубам; 8—отвод охлажденной воды пс
железобетонным каналам
щую опалубку, которая обеспечивает скоростное строительство башен. Бетон
подают бетононасосами или шахтными подъемниками и укладывают в
оболочку с переставных подмостей, устраиваемых по окружности башни с
внутренней стороны. К качеству бетону предъямяются повышенные требования
по плотности и морозостойкости. Внутреннюю поверхность оболочки
покрывают гидроизоляцией. Башня обычно опирается на рамную конструкцию
(колоннаду), между стойками которой проходит воздух, поступающий в
градирню. Внизу под оросителем градирни устраивают водосборный резервуар,
выполняемый из монолитного железобетона с гидроизоляцией внутренней
поверхности. Резервуар оборудуют трубопроводом с воронкой для перелива
излишков воды, а также выпуском для его опорожнения.
Подлежащая охлаждению вода подается в водораспределительное
устройство по стоякам, размещаемым обычно в центре градирни. Часто в связи с
неравномерным распределением воздуха по площади противоточного
оросителя применяют и дифференцированную плотность орошения, увеличивая
гидравлическую нагрузку на периферии и уменьшая ее в центральной части
оросителя. Зимой при снижении гидравлической нагрузки орошение
центральной части полностью исключают. Широко применяют противоточные
градирни производительностью до 100 000 м3/ч с гиперболическими башнями
высотой 150 и более м, выполняемыми из железобетона или металического
каркаса, обшитого алюминием. Оросители площадью до 10 000 м2 как правило,
204

монтируют из асбестоцемснтных листов, устанавливаемых на каркасе из
сборных железобетонных конструкций.
Вентиляторные градирни. Имеются два основных типа вентиляторных
градирен: башенные, оборудованные вентиляторами большой
производительности с использованием естественной тяги воздуха, и секционные, состоящие
из ряда стандартных секций, каждая из которых обслуживается отдельным
вентилятором.
Для уменьшения уноса капель воды за пределы градирни, связанного с
повышенными скоростями движения воздуха в ее оросителе, применяют водо-
уловительные жалюзийные решетки.
В горловине башни одновентиляторных градирен (рис.3.26) над оросителем
устанавливают большие вентиляторы с диаметром лопастей от 10 до 18 м.
Вентилятор при водятся в действие электродвигателем через редуктор и
гидромуфту, служащую для изменения частоты вращения вентилятора.
Снижением частоты вращения при благоприятных метеорологических условиях
достигается сокращение расхода электроэнергии на привод вентиляторов.
Технологические процессы некоторых предприятий, например, химических
цехов, требуют стабильной температуры охлаждающей воды. В этих случаях
на трубопроводах охлаждающей воды устанавливают термопары,
воздействующие через специальное реле на масляный насос, подающий масло в
гидромуфту. Это дает возможность автоматически регулировать частоту вращения
вентиляторов и, следовательно, расход воздуха через градирню,
поддерживая, таким образом, температуру охлаждающей воды на заданном уровне.
Секционные вентиляторные градирни состоят из нескольких прямоугольных
стандартных секций, в которые воздух входит с одной стороны или с двух сторон.
Каждая секция оборудуется отсасывающим или нагнетательным
вентилятором с лопастями диаметром до 10 м и электроприводом. Вентиляторы
отсасывающего типа, которые устанавливают над оросителем, обеспечивают более
равномерное распределение воздуха в оросителе и, находясь в зоне теплого
воздуха, не обмерзают в зимнее время. Нагнетательные вентиляторы
устанавливают на входном отверстии градирни у ее основания.
™ рис. 3.27 показана вентиляторная щестисекционная градирня с
капельным оросителем, оборудованная отсасывающими вентиляторами с диаметром
лопастей 7 м. Размер каждой секции в плане 12x12. Производительность
градирни 12000 м'/ч охлаждаемой воды. Смазка вентиляторов осуществляется
смазочным агрегатом, установленным в специальном помещении вблизи
градирни.
*> заключении отметим, что при использовании описанного водяного
охлаждения теряется огромное количество тепла, которое может быть утилизирова-
°> например, применение тепловых насосов, как это и делается во всех
развитых странах.
205

Рис.3.26. Вентиляторная градирня: / —эпехгродвнгатепь вентилятора; 2 — гидромуфта; 3 —
редуктор; 4 — водосборный бассейн; 5 — водопроводящая труба; 6 — водораспределительное
устройство; 7 — капелыкмтленочиый ороситель; 8 — вертикальный вал вентилятора; Р — вытяжная
башня; 10 — лопасти вентилятора
3.12. ПРИМЕНЕНИЕ ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
При испарительном охлаждении по С. М. Андодьеву металлургических
печей используется в основном скрытая теплота парообразования для отвода
тепла от охлаждаемых деталей. Холодная охлаждающая вода заменена
кипящей, отвод тепла осуществляется за счет образования и отвода пара.
Тепло, отбираемое охлаждающей водой, затрачивается на ее испарение. Так
как скрытая теплота парообразования составляет -5400 ккая/кгпри атмосфер-
206

Рис. 3.27. Вентиляторная шестисекционная
градирня с капельным оросителем: / —
водораспределительное устройство; 2 — водоподводя-
шая труба; 3 — капельный ороситель; 4 — во-
доулавливающие жалюзи; 5 — вытяжной
диффузор; б — вентилятор; 7 — электродвигатель
вентилятора; 8 — водосборный резервуар; 9 —
воздухонаправляющие козырьки (стрелками
показано направление потока воздуха)
ном давлении, то каждый килограмм воды» испаряясь, отбирает от стенки
охлаждаемой детали 540 ккал. Кроме того, 1 кг воды, поступая в систему с
температурой -30 °С и нагреваясь до кипения, отбирает еще ~~70 ккал.
Таким образом, при испарительном охлаждении 1 кг охлаждающей воды
отводит 600 ккал вместо 10 ккал при водяном охлаждении, что позволяет
сократить расход воды (при полном переводе печи на испарительное
охлаждение) примерно в 60 раз, а иногда и более.
207

Во избежание трудностей, связанных с применением прямоточной схемы
испарения воды при переменных тепловых нагрузках, для всех
металлургических печей принята система испарительного охлаждения с многократной
циркуляцией.
Установка испарительного охлаждения работает на химически очищенной
воде.
Принципиальная схема испарительного охлаждения представлена на рис. 3.29
охлаждаемые детали присоединены двумя трубами к барабану-сепаратору. По
опускной трубе вода из барабана-сепаратора подводится к детали; по
подъемной трубе пароводяная смесь отводится в барабан-сепаратор, где пар
отделяется от воды и отводится по паропроводу.
Вода в системе циркулирует непрерывно. При этом возможно применение
естественной циркуляции, основанной на разности удельных весов воды в
опускной трубе и пароводяной смеси в подъемной трубе, и принудительной,
осуществляемой циркуляционными насосами. Вода, отводимая в виде пара,
восполняется питательной водой, подаваемой в барабан-сепаратор. Когда
используется пар, потери воды в общем, балансе завода составляют 10 % от
обычных для водяного охлаждения.
Испарительное охлаждение в отличие от водяного обеспечивает полную
увязку охлаждения с технологией работы металлургической печи.
Действительно, при водяном охлаждении для надежности работы печи
требуется подавать количество воды, соответствующее максимально возможным
тепловым нагрузкам, так как вследствие повышения температуры воды
происходит выпадение накипи. При испарительном охлаждении движение
охлаждающего потока пароводяной смеси делается более турбулентным при
увеличении тепловой нагрузки, и надежность охлаждения сохраняется.
Таким образом, при испарительном охлаждении достигается
саморегулирование процесса охлаждения.
Система испарительного охлаждения имеет следующие преимущества:
а) увеличивается срок службы охлаждаемых деталей металлургических
печей, и исключаются горячие ремонты печей из-за прогара деталей благодаря
применению химически очищенной воды;
б) исключаются охладительные устройства (градирни, брызгальные
бассейны и пруды), водоводы больших диаметров и мощные насосные станции; ^
в) можно использовать тепло охлаждающей воды без осложнения условии
эксплуатации печи благодаря независимости системы охлаждения от
потребителей тепла (возможность удаления излишков пара или всего пара в случае
необходимости в атмосферу);
г) уменьшаются капиталовложения, и упрощается эксплуатация; д) при
естественной циркуляции допускаются кратковременные отключения
электроэнергии.
208

барабан ■ cenepqmep f
1,1 m
flop.m
Sodcaptj&vtm,
Папття бодосно&кеяая
a
Барабан-сепаратор I
Пор.т
Водопрыептк
Источник водоснабжения
6
Водо.т
-—г—-^=' т=- -=:
Охлащдаепт
деталь
Пар.т
W:>»?.'i£v.-.
В
рис 3.29. Принципиальные схемы испарительного охлаждения: о — с естественной циркуляцией;
б— с принудительной циркуляцией; е — принцип охлаждения
209

В комплексе установок испарительного охлаждения металлургических
печей входит установка испарительного охлаждения и относящееся к ней
цеховое и вне цеховое хозяйство.
Цеховое хозяйство включает коммуникации питательных водоводов,
насосные станции и цеховые паропроводы.
Вне цеховое хозяйство, специально сооружаемое или развиваемое для нужд
испарительного охлаждения, включает химическую очистку воды, деаэраци-
онные установки, запасные емкости для химически очищенной воды и т.п.
Рис. 3.30. Принципиальная схема установки испарительного охлаждения: 1 — регулятор уровня; ^
— барабан-сепаратор; 3 — расходомер для пара; 4—расходомер для питательной воды; 5 —
регистратор давления питательной воды; б* — водомерное стекло; 7 — противокавитационная вставка;
— непрерывная продувка; Р — сигнализатор уровня; 10 — опускной коллектор; Л/ — трубопровод
переодической продувки; 12 — индивидуальная подъемная труба; 13 — циркуляционный насос; /
— коллектор подъемных труб; IS —- сливная воронка; 16 — сливные трубы; 17 — охлаждаемые
детали
210

Установка испарительного охлаждения состоит из охлаждаемых деталей,
коммуникаций, циркуляционных насосов (при принудительной циркуляции),
барабанов-сепараторов, контрольно-измерительной аппаратуры (КИП) и
автоматики.
Принципиальная схема установки испарительного охлаждения
представлена на рис. 3.30.
Ввиду того, что испарительное охлаждение — это теплотехническая задача,
мы адресуем читателей к работам Л. М. Андоньева и его последователей.
3.13. ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ВОДЫ
Существенным фактором экономии воды в промышленности является
использование высокотемпературного испарительного (по Андоньеву)
охлаждения. Если испарительное охлаждение в металлургии применяется широко (хотя
далеко не в оптимальных вариантах), то воздушное — совершенно
недостаточно. Давно и хорошо известна система «Геллер» с воздушным
конденсатором, сухой градирней и с теплообменниками «Форго» (Венгрия).
В ней охлаждаемая вода не имеет непосредственного контакта с воздухом,
поэтому не происходит ее потерь на испарение и на унос капель воздушным
потоком.
Конструкция радиаторов в виде охлаждающих колонн, состоящих из
алюминиевых трубок диаметром 15 мм с насаженными на них обшими
штампованным» алюминиевыми ребрами толщиной 0,3 мм, разработана доктором
Форго (Венгерская Народная Республика). Эти радиаторы изготовляют
стандартных размеров @,3x2,5x5 м) и собирают в колонны высотой 10 или 15 м,
которые устанавливают в воздуховходных окнах сухой градирни. Передача
тепла от воды к воздуху происходит через стенку трубок и насаженные на
трубки ребра при относительно низком коэффициенте теплопередачи,
поэтому требуется большая поверхность теплопередачи. В связи с малой
теплоемкостью воздуха требуется большой его расход.
Площадь общей поверхности радиаторов (трубок и ребер) Fp, м ,
необходимой для охлаждения заданного расхода воды, определяется по формуле
Fp = v^y' C-45)
где Q — расход охлаждаемой воды, м3/ч; /, — температура воды на входе в
радиаторный охладитель, °С; t2 — температура охлажденной воды, °С; б —
коэффициент теплопередачи через стенки трубок и ребра радиаторов,
отнесенный к общей площади трубок и ребер, КДж/(м2-ч-°С); *ср = (/, +12)/2 — сред-
211

няя температура воды в охладителе, °С; 8с = F, + 62)/2 — средняя температура
воздуха в охладителе (здесь 0, — температура атмосферного воздуха на входе
в охладитель, СС; 62 — температура воздуха, выходящего из охладителя, °С).
Коэффициент теплопередачи бр зависит от материала и конструкции
радиаторов, а также от скорости движения воды в трубках и скорости движения
воздуха, омывающего радиатор. Он определяется опытным путем.
Расход воздуха определяется по формуле
£-gft-f»>. C.46)
с(е2-е,)'
где L — расход воздуха, кг/ч; с — теплоемкость воздуха, которая может быть
принята постоянной и равной 0,254,19 кДж/(кг-°С),
На рис. 3.28 показана в разрезе радиаторная градирня системы Геллера,
оборудованная радиаторами 2 и вентилятором 1.
Охлаждение воды в радиаторных охладителях может быть
интенсифицировано путем орошения водой наружной поверхности радиаторов. С
целью экономии воды орошение производится только в наиболее жаркие
периоды летних дней.
Разработаны и выпускаются и другие системы воздушного охлаждения. При
использовании их вместо испарительных градирен значительно уменьшается
потребление воды на подпитку оборотных систем из внешних источников,
исключается загрязнение и упаривание оборотной воды, причем для
циркуляции оборотной воды достаточно только одной группы насосов.
Отсутствие ограничений в расстоянии между установками охлаждения и
зданиями, сооружениями и дорогами позволяет сократить длину водоводов и
энергетических коммуникаций. Во многих случаях при создании закрытых
систем имеется возможность повысить температуру охлаждающей воды и
температурный перепад, что сокращает расход циркулирующей воды и создает
возможность эффективной утилизации тепла, отводимого от охлаждаемого
оборудования. Как показывают расчеты, оптимальный (по приведенным
затратам) перепад температур в закрытом водооборотном контуре лежит в
диапазоне 40-100 °С. Все изложенное приводит к повышению надежности,
экономической и экологической эффективности систем оборотного водоснабжения.
Примером реализации закрытого водооборотного контура является
оборотный цикл охлаждения компрессоров К-250-62 компрессорной станции Синар-
ского трубного завода. В качестве охладителя оборотной воды здесь
используют два аппарата воздушного охлаждения разного типа.
Аппарат типа АВЗ-Д (рис. 3.31) Бугульмиаского машиностроительного за-
имеет 6 теплообменных станций с трубами длиной 8 м и коэффициентов
бпения 9, установленных горизонтально по зигзагообразной схеме. Общая
212

поверхность охлаждения составляет 7500 м . Охлаждающий воздух подается
от двух вентиляторов диаметром 2,8 м. Аппарат типа АБОВ Таллинского
машиностроительного завода первоначально имел шатровую компоновку из
16 зигзагообразно расположенных секций с трубами длиной 8 м и
коэффициентом оребрения 14,6. Общая поверхность охлаждения составляла 12800 м2.
Синарским трубным заводом была выполнена реконструкция аппарата с
заменой его теплообменньгх секций на 8 секций общей площадью 10200 м от
аппарата типа АВЗ-Д Бугульминского завода (рис. 3.31)
Расход воды в оборотном цикле составляет 600-700 м /ч; аппараты
потребляют 3,5-4,5 МВт. В летнее время работают одновременно два аппарата; при
этом температурный перепад составляет 5-6 °С, температура охлажденной
воды выше температуры по смоченному термометру A7 °С) на 12-15 °С. В
зимний период из-за снижения температуры охлаждаемой воды до 5-8 °С и
возникновения опасности промерзания трубок один из аппаратов отключают.
Оставшийся в работе охладитель обеспечивает температурный перепад
оборотной воды 10-12 СС при температуре нагретой воды 20-25 °С.
Другим примером может служить использование аппаратов воздушного
охлаждения (АВО) для фенольных вод коксохимического производства. В
аппаратах АВО высокая эффективность теплообмена определяется большой
разностью температур охлаждаемой жидкости и охлаждающего воздуха. В связи
с этим АВО целесообразно использовать для начального охлаждения надсмоль-
ных вод от температуры 95 до 60 °С.
Общий внд АВО с горизонтальным расположением охлаждающих секций
показан на рис. 3.32. Аппарат состоит из прямоугольного металлического
каркаса с встроенным диффузором, в верхней части которого расположены
охлаждающие секции из оребренных теплообменных труб, по которым
протекает охлаждающая жидкость. В нижней части диффузора расположен
вентилятор нагнетательного действия. Съем тепла с поверхности теплообменных труб,
соединенных в охладительные секции, происходит нагнетаемым в диффузор
воздухом при прохождении его через охлаждающие секции. Существенным
преимуществом АВО перед трубчатыми теплообменниками является
отсутствие потребности в охлаждающей воде. Вода используется только для
увлажнения атмосферного воздуха в целях повышения охлаждающей способности
аппаратов в периоды низкой влажности. Расход умягченной воды для этой цели
составляет 1-2 м3/ч на один аппарат. Техническая характеристика АВО
небольшой производительности (до 50 м3/ч), изготовляемых по ОСТ 26-02-2018-
77, приведена в табл. 3.24.
Расчет АВО заключается в определении необходимой площади
теплообмена и количества аппаратов. Расчет проводится по количеству охлаждаемой
Жидкости q, кг/ч; температурам начала и конпа охлаждаемой жидкости /, и £,,
°С; количеству передаваемого тепла w, кДж/ч; температурам охлаждаемого и
213

i
f .
j '
1
f
i
t ■ ■
214

Рис. 3.32. Схема аппарата воздушного охлаждения (АВО) для феиольных вод коксохимического
производства: / — диффузор; 2 — охлаждающие секции; 3 — вентилятор; 4 — увлажняющее
устройство; 5 — привод вентилятора; б — жалюзи; 7 — каркас; 8 — предохранительная сеткв
нагретого воздуха Г, и Т2, "С, и удельной теплоемкости воздуха с, кДж/(кг-°С).
Площадь теплообмена АВО, м2, рассчитывается по формуле
F' = w/keAlAt'cf, C-47)
где W — тепловая нагрузка (определяется по аналогии с трубчатыми теплооб-
менными аппаратами), кДж/(м2-ч-°С), находится опытным путем; при
охлаждении надсмольной воды с температурным перепадом At = l{ -12 = 95 - 60 -
= 35 "С следует принимать 42 кДж/(м2-ч-°С); cAf — коэффициент непротиво-
точности, зависящий от температурных параметров охлажденной жидкости и
конструкции аппарата (при начальном охлаждении надсмольной воды c/U-
= 95 - 60 = 35 °С в горизонтальных аппаратах равен 1,0); Atcp' — средняя раз-
215

Таблица 3.24
ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
II
4
6
8
1.1
Коэфф!.
оребре
9,0
14,6
22,0
9,0
14,6
22,0
9,0
14,6
22,0
о
Iе!
94
82
82
141
123
123
188
164
164
Трубы биметаллические
внутренняя
1,5
9,0
8,0
7,8
14,0
12,0
11,5
19,0
16,0
15,5
3,0
18,0
16,0
15.5
28,0
24,0
23,0
37,0
32,5
31,0
Трубы монометаллические
Площадь поверхности теплообмена, м2
полная
внутренняя
при длине труб, ы
1,5
105
150
210
160
225
315
210
300
420
3,0
220
310
420
325
465
630
440
660
840
1,5
10,0
8,5
.—
14,5
13,0
—
19,5
17,0
—
3,0
19,5
17,0
.—
28,5
25,5
—
39,0
34,0
.—
полная
1,5
105
150
—
160
225
—
210
300
—
3.0
220
310
—
325
465
—
440
600
—■
ность температур охлаждаемой воды и охлаждающего воздуха, определяемая
аналогично трубчатым теплообменникам.
Температура нагретого воздуха Т2 определяется по формуле
Г2=Г1+№/СоСр, C.48)
где С — массовый расход подаваемого вентилятором воздуха, кг/ч;
ср—удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг-°С).
Скорость охлаждаемой жидкости в теплообменных трубах v, м/с, находится
по формуле
v = q/Q,6f), C-49)
где/— площадь сечения охлаждающей секции.
В ряде производственных процессов (например, при ректификации жидких
газов, депарафинизации масел и др.) возникает необходимость в охлаждении
воды и продукта до таких низких температур, которые не могут быть
получены при описанных выше методах охлаждения воздухом или водой. В таких
случаях стараются использовать для охлаждения подземные воды,
обладающие в течение круглого года значительно более низкой температурой. Если
нельзя использовать подземные воды для такого охлаждения
производственной воды, прибегают к специальным холодильным установкам -
компрессионным и вакуумным.
В холодильной установке с компрессором используют холодильные агенты-
аммиак, пропан и другие. В свою очередь, для охлаждения холодильных
агентов до необходимых низких температур применяют холодильный цикл с
компрессором, осуществляющим известный в термодинамике процесс переноса
тепла от более холодного тела к более нагретому путем затраты энергии. Ваку-
216

умная холодильная установка работает без компрессора, используя для
охлаждения непосредственно тепловую энергию. Наибольшее распространение
получили холодильные установки с компрессорами.
3.14. ПОТЕРИ ВОДЫ В ОХЛАДИТЕЛЯХ
При охлаждении воды в испарительных охладителях часть ее теряется на
испарение. Величина потерь воды на испарение определяется по формуле
q = kAt, C.50)
где q — количество испарившейся воды в процентах от циркуляционного
расхода; к — коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением
в общем, процессе теплопередачи в охладителе; значения коэффициента к
можно принимать по табл.3.25; Д/ — перепад температур, °С.
Кроме потерь циркуляционной воды и испарение некоторое ее количество
уносится вместе с воздухом за пределы охладителя. Потери на унос в
процентах от циркуляционного расхода приведены в табл. 3.26.
Таким образом, мы познакомились со всеми составляющими частями
оборотных систем и с задачами, которые приходиться решать при их создании и
эксплуатации. В заключение о терминологии.
Если в системе оборотного водоснабжения промышленного предприятия вода
служит теплоносителем и в процессе использования лишь нагревается, то
перед повторным применением ее предварительно охлаждают и конденсируют
(так называемые «чистые» оборотные циклы); если вода служит средой,
поглощающей и транспортирующей механические и растворенные примеси и в
процессе использования загрязняется ими, то перед повторным применением
сточная вода проходит обработку на очистных сооружениях; при
комплексном использовании сточные воды перед повторным применением подвергают
очистке, охлаждению и конденсированию (так называемые «грязные»
оборотные циклы). При таких системах оборотного водоснабжения для компенсации
безвозвратных потерь воды в производстве, на охладительных установках
(испарение с поверхности, унос ветром, разбрызгивание), на очистных
сооружениях, а также потерь воды, сбрасываемой в канализацию, осуществляется
Сезон года
Лето
Весна и осень
.Зима
Таблица 3.25
Коэффициент/:
для водохранилищ-охладителей
0,1-0,13
0,08-0,09
0,06-0,07
для брызгальных бассейнов
и градирен
0,13-0,15
0,11-0,12
0,09-0,1
217

Таблица3.2б
Тип охладителей
Брызгальныс бассейны с
пропускной способностью, w3Ai:
до 500
более 500
Потери поды, %.
2-3
1,5-2
Тип охладителей
Градирни:
открытые и брызгадьиые
башенные
вентиляторные (при
наличии водоуловителеи)
Потери воды, %
0,5-1,5
0,5-)
0.3-5
подпитка из водоемов и других источников водоснабжения. Количество под-
питочноЙ воды определяется по формуле
Q ~Q +£> +Q +Q^-
З-'КСТ «-'ПОТ «-^11 *-'111П *-Х0р
C-51)
Подпитка систем оборотного водоснабжения может осуществляться
постоянно и периодически. Общее количество добавляемой воды составляет 5-Ю %
от общего количества воды, циркулирующей в системе. В каждой отрасли
имеются свои особенности, которые следует учитывать.
Подгтиточною воду и воду грязных оборотных циклов необходимо очищать
от звешанных веществ. Это делается с помощью методов механической
очистки, подробно рассмотренных в следующей главе.
3.15. РЕЗЕРВЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДООЧИЩЕННЫХ ГОРОДСКИХ
СТОЧНЫХ ВОД В СИСТЕМАХ ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Для восполнения потерь воды из охлаждающих систем оборотного
водоснабжения используется дочищенные городские стоки (ДГС). По-видимому, это,
прежде всего, связано с тем, что эти стоки более доступны, имеются в
достаточных количествах, есть методы их обработки, тогда как производственных
стоков бывает недостаточно и, кроме того, остаточные загрязнения в них
часто содержат вредные вещества.
Отметим, что в порядке эксперимента в 80-е годы было предусмотрено
использование ДГС в восьми крупных промышленных узлах (Москве,
Челябинске, Липеике, Харькове и др.). Применение в отечественной промышленности
ДГС требует решения сложных проблем, которые условно можно разделить
на социальные, технико-экономические и санитарно-эпидемиологические.
К социальным проблемам относится «синдром недоверия» у администрации
промышленных предприятий, проявляющийся при практической реализации
проектов использования в техническом водоснабжении ДГС. Не считаться с
таким психологическим барьером невозможно, однако чем быстрее будет на-
218

коплен промышленный опыт, тем быстрее путем широкого обмена
информацией такой барьер будет сломан.
Технологические схемы третичной очистки разработаны достаточно полно.
Однако на практике приходится обрабатывать смесь городских и
промышленных стоков, что значительно сложнее вследствие наличия в промышленных
стоках таких трудно перерабатываемых соединений, как нефть,
нефтепродукты, фенолы и др. Поэтому при получении ДГС необходимо максимально
освобождать городскую канализацию от поступления промышленных стоков.
При третичной очистке предполагается снизить содержание взвешенных
веществ и ВПК до 5 мг/дм3 и на 50-90 % — содержание биогенных веществ;
надежное обеззараживание сточных вод лучше всего осуществляется озоном.
Такая очистка производится либо на одноступенчатых сооружениях
(фильтрах с зернистой загрузкой, сорбционных фильтрах, в биологических прудах и
др.), либо с использованием сложных технологических схем на основе
физико-химических методов.
Разработаны и применяются на пракгике научно-обоснованные условия
использования поочищенных городских стоков в системах производственного
водоснабжения, регламентируемые Методическими указаниями по
гигиенической оценке использования до очищенных городских сточных вод в
промышленном водоснабжении № 3224-85, утвержденными Минздравом СССР
14 марта 1985 г.
При использовании городских сточных вод в закрытых системах
технического водоснабжения достаточно обеспечения эпидемической безопасности, что
достигается обеззараживанием воды и соответствующими
санитар!го-техническими мероприятиями (цветовая маркировка распределительной сети
технического водопровода, исключение возможности соединения технического
водопровода с хозяйственно-питьевым и т.д.).
При использовании сточных вод в открытых системах технического
водоснабжения, помимо необходимости обеспечения эпидемической
безопасности как важнейшего критерия их качества, оценка должна включать и
критерии, гарантирующие безвредность для человека химического состава
технической воды, а также ее благоприятные органолептические свойства. Органо-
лептические исследования натурных сточных вод производятся по
общепризнанным методам. При этом предусматривается сравнительное изучение
характера и степени изменения при доочистке запаха, окраски, способности к
ценообразованию, включая исследования по определению пороговых
разведений сточных вод. Особое внимание обращается на исчезновение, появление
или усиление запахов окраски, способности к ленообразованию в результате
применения для доочистки и обеззараживания сточных вод сильных
окислителей (хлора, озона и т.д.).
219

Санитарно-химические анализы должны обеспечить необходимую
информацию о качестве сточных вод. При изучении свойств сточных вод особое
внимание следует обращать на характерные загрязнения, которые определяют
специфику возможного неблагоприятного влияния таких сточных вод. Исследования
по токсикологической оценке сточных вод проводятся специализированными
НИИ гигиенического профиля и гигиеническими кафедрами медвузов на
стадии выполнения научно-исследовательских работ в случаях использования
сточных вод в открытых системах технического водоснабжения.
При использовании сточных вод в открытых системах технического
водоснабжения, несмотря на относительно небольшую площадь контакта тела
работающих с технической водой E-10 %), систематическое воздействие
остаточных количеств химических соединений, содержащиеся в ней, может
оказаться небезразличным для здоровья человека. Поэтому при проведении
исследований по оценке накожного действия сточных вод руководствуются
основными положениями Методических рекомендаций по изучению кожно-
резарбтивного действия химических соединений при гигиеническом
регламентировании их содержания в воде Минздрава СССР.
При использовании сточных вод в закрытых системах технического
водоснабжения необходимая степень обеззараживания до очищенных сточных вод
достигается при соответствии их качества следующим требованиям:
Взвешенные вещества, мг/дм 3,0
БПК, мгСудм3 5,0
ХПК, мг02/дм3 50,0
Коли-индекс 1000
При использовании городских сточных вод в открытых системах
технического водоснабжения необходимая степень обеззараживания до очищенных
сточных вод достигается при соответствии их качества следующим требованиям;
Запах, баллы 2,0
Окраска, отсутствие в столбике воды, см, не менее ... 10,0
Взвешенные вещества, мг/дм3 3,0
БПК, мгО/дм3 3,0
ХПКлмгОг/дм3 30,0
Специфические ингредиенты, мг/дм3 ПДК
Коли-индекс 100
Известно, что именно гигиенические требования, исключающие
неблагоприятное воздействие на здоровье человека и окружающую среду, являются
главным сдерживающим фактором практического использования ДГС в
техническом водоснабжении. При этом необходимо решить следующие
гигиенические задачи:
220

• оценить эффективность методов очистки, доочистки и обеззараживания
сточных вод, предназначенных для подпитки оборотных систем;
• произвести гигиеническую оценку продувочных сточных вод как
возможного источника загрязнения водоемов;
• исследовать токсичность гидроаэрозоля оборотной воды, поступающего в
атмосферный воздух в результате выноса капельной влаги из охлаждающих
градирен;
• изучить распространение гидроаэрозоля оборотной воды и аэрозоля
некоторых компонентов ее в натуральных условиях.
Современные методы подготовки сточных вод для подпитки оборотных
систем должны обеспечивать безопасность использования их в эпидемическом
отношении. Разработаны оптимальные параметры обеззараживания доочищен-
ных сточных вод озоном в зависимости от степени подготовки воды по сани-
тарно-химическим и санитарно-микробиологическим показателям
(взвешенные вещества, ХПК, БПК, исходный уровень микробного зшрязнения).
Обеззараженная пода считается эпидемически безопасной при уровне содержания
санитарно-показательных микроорганизмов — коли-индекс и индекс фага не
более 1000; патогенные микроорганизмы и вирусы должны отсутствовать.
Разработаны гигиенические требования к повторному использованию
очищенных сточных вод, которые вошли во Временные методические
рекомендации к использованию доочищенных городских сточных вод в техническом
водоснабжении. Строительство и эксплуатация сооружений третичной
очистки (главным образом одноступенчатых) показали, что при этом общая
стоимость сооружений и обработки стоков (очистки и доочистки) увеличивается
вдвое, но в то же время достигается экономия свежей воды и обеспечивается
охрана водных ресурсов от загрязнения.
В черной металлургии проектами было предусмотрено использование ДГС
Для технического водоснабжения крупнейших металлургических заводов и
комбинэггов: ММК, НЛМК, КарМК, ЗапСио, Кузнецкого МК и др., а также
ряда других промышленных предприятий (Западно-Сибирской ТЭЦ и др.).
Планы эти практически не были реализованы.
Опыт эксплуатации системы с применением ДГС имеется на промышленных
предприятиях юго-восточной зоны г. Москвы использующих сточные воды
Курьяновской станции аэрации, однако он оценивается неоднозначно
(рис. 3.33).
ВНИИ ВОДГЕО и трестом «Мосводопровод» разработаны условия
использования очищенных сточных вод Курьяновской станции аэрации на
промышленных предприятиях юго-восточной зоны столицы. Установлено, что
биологически очищенные сточные воды, доочищенные на песчаных фильтрах,
могут использоваться в системах прямоточного и оборотного охлаждающего во-
221

поснабжения. Высокая степень доочистки городских сточных вод (по
взвешенным веществам — до 2 мг/дм , по биохимическому потреблению
кислорода до 10 мг/дм3) предопределяет высокую степень обеззараживания
хлорированием, надежность которого гарантируется продолжительностью контакта
воды с хлором F0 мин), концентрацией остаточного хлора (не менее 1 мг/
дм3), величиной коли-индекса (до 1000). Первая очередь системы
производительностью 190 тыс. м3/сут снабжает технической водой более 60
промышленных предприятий, в том числе АЗЛК. Следует отметить, что часть
очищенных промышленных стоков используется в технологических операциях цехов
гальванопокрытий, окраски, испытаний как промывочная вода. К сожалению,
и этот московский эксперимент потихоньку «умирает».
В качестве другого примера на рис. 3.34 приведена технологическая схема
доочистки городских сточных вод на станции в районе залива г.
Сан-Франциско. После очистки городские сточные воды направляются для
использования в системах водоснабжения бумагоизготовительных,
нефтеперерабатывающих, нефтехимических, сталеплавильных и других предприятий.
Пропускная способность станции около 114 тыс. м3 воды в сутки, из них 80 % воды
потребляется для охлаждения.
Применение извести на первичной стадии очистки по этой схеме позволяет
снять большую часть нагрузки по удалению органического углерода. Добавка
извести (рН = 11) в начале процесса приводит также к удалению фосфора,
тяжелых металлов, которые создают токсичную среду для нитрифицирующих
бактерий, и вирусов. Дозирование хлорного железа в количестве 12 мг на 1 л в
известковый реактор улучшает действие извести при флокулировании части
фосфора, находящейся в сточных водах в коллоидной форме. Эта схема уже на
первой стадии позволяет удалить фосфор до 1 мг/дм3 и меньше и практически
полностью уничтожить вирусы.
После первичных отстойников сточная вода направляется в окислитель-нит-
рификатор. В нем обеспечивается стабильное окисление аммония до
нитратов. Стоки подвергаются рекарбонизации за счет окисления соединений
углерода и азота в самом окислителе-нитрификаторе, и добавление углекислоты
производится лишь по мере необходимости (для этих процессов в большин-
Рис. 3.33. Технологическая схема подготовки сточных
вод г. Москвы к повторному использованию в пром-
водоснабжении: 1 — механическая очистка
(решетки, песколовки, отстойники); 2—биологическая
очистка (аэротенки); J — доочистка (скорые фильтры с
зернистой загрузкой); 4 — дезинфекция
(хлорирование в коЕпактных резервуарах); 5 —
кондиционирование; / — общий городской сток; // — очищенная
вода в промводоснабэкешш
Э-( 1 И 2 5И 3
СЕН
222

Рис. 3.34. Схема сооружений доочистки городских
сточных под в районе залива г. Сан-Франциско
(США). / — сточные воды после биологической
очистки; 2 — известь; 3 — полимер или хлорное
железо; 4— ил на дальнейшую обработку; 5—С03;
6 - воздух; 7 — возвратный ил; 8 — избыточный
ил в голову сооружений; 9 — метанол; 10 — хлор;
П — дочищенные сточные воды на производство;
12 — азот
стве случаев достаточно углекислоты,
продуцируемой микроорганизмами).
Расход воздуха в окислителе-нитрифи-
каторе составляет 50 м на 1 кг снятой
ШК5 плюс потребность в кислороде для
окисления органических соединений,
содержащих азот. Процесс с
окислением (аэробная стабилизация) следует за
денитрификацией с применением
метанола, так как он осуществляется теми же
микроорганизмами. Аэробная
стабилизация формирует также условия для
окисления избытка метанолов.
По этой схеме очень эффективно
удаляются из сточных вод питательные вещества. Количество общего азота в
денитрифицированном стоке в среднем меньше 2 мг на 1 л, причем более
половины его — органический азот, значительная часть которого удаляется на
последней стадии очистки при фильтрации через песчаную загрузку. Данные о
работе этой станции очистки показали, что схема обеспечивает удаление
загрязнений до таких значений, при которых сточные воды могут
беспрепятственно использоваться в системах оборотного водоснабжения. Отмечается, что
при использовании сточных вод, прошедших полную биологическую очистку,
а также доочистку на фильтрах, всегда имеется тенденция к увеличению
биологических обрастаний, отложений фосфата кальция, ценообразования.
Однако эти потенциальные проблемы могут быть всегда эффективно решены
обычными методами обработки воды, включающими применение биоцидов,
реагентов по предотвращению накипи и ценообразования, а также
регулирование рН.
Считается, что использование городских сточных вод для охлаждения
выдвигает в качестве основной проблемы контроль рН, щелочности и
соотношения азот : фосфор. При высоком рН возникает опасность отложения фосфат-
^
3
Преаэрация
Первичное отстаивание^
EZf
6
Нитрификация "*.
Вторичное отстаивание
Детапрификация
\Аэрациопноя стабияшация\
I
Третичное отстаивание
Компактный резервуар
для хлора с воооЪ
10
щя через песчаную
К
223

ной накипи на стенках трубок теплообменных аппаратов. При низком рН,
наличии свободной углекислоты, нитратов и растворенного кислорода,
небольшой карбонатной жесткости и высокой температуре воды возможна коррозия
металла.
Как показали опыты, если удовлетворительно предотвращаются
биологические обрастания, то зачастую одновременно решается и проблема борьбы с
коррозией. Большинство городских сточных вод после полной биологической
очистки менее коррозионно-активно, чем свежая вода из источников.
Подобная технология использовалась на станции доочистки в г. Тахо (Калифорния,
США)
Несмотря на принципиальное значение использования ДГС в отечественном
промышленном водоснабжении, необходимо отметить, что полученные
практические результаты пока весьма малы. Причин тому несколько:
недостаточные исследования и разработки по экономичной технологии и техническому
оснащению процессов обработки и повторного использования ДГС,
чрезвычайно высокие требования Минздрава к таким системам, отрицательное
общественное мнение на всех уровнях, включая руководство предприятии, к
возможности повторного использования ДГС. Это прискорбно, поскольку такую
работу все равно в будущем придется осуществлять.
За рубежом накоплен достаточно большой опыт использования ДГС в
промышленном водоснабжении. В США ДГС применяют в
нефтеперерабатывающей и металлургической промышленности, энергетике и др. Так, в Балтиморе
ДГС в количестве 570 тыс. м /суг используют для охлаждения прокатных
станов, печей, гашения кокса и других операций на металлургических заводах.
Сточные воды Токио, Осаки, Кавасаки и других городов (несколько
миллионов кубометров в сутки) после станции биологической отчистки доочищают
и используют на металлургических заводах, бумажных фабриках и сотнях
мелких предприятий для охлаждения технического оборудования и ведения
ряда технологических процессов. В отдельных случаях эти воды
предварительно направляются на станции аэрации, но обычно до очистка осущестыя-
ется процеживанием или фильтрацией через зернистую загрузку, или же
коагуляцией, отстаиванием и фильтрацией.
Рассмотрим подробнее работу центра защиты окружающей среды
(считающегося и сегодня образцово-показательным природоохранным объектом) г.
Яманаси (Япония). В полном объеме с переработкой всех жидких и твердых
отходов центр функционирует с 1985 г. Принципиальная технологическая схема
очистки жидких отходов приведена на рис. 3.35. Сточные воды из выгребов
D5 м'/сут) автоцистернами доставляют в центр и сливают в приемную
емкость, откуда перекачивают на комминутор для измельчения. Измельченный
осадок шнековым питателем подается в печь сжигания, а стоки — в приемную
емкость. Из нее стоки / насосами равномерно подаются в двухступенчатые
224

аэротенки-смесители /. Туда же подается чистая вода II для пятикратного
разбавления. После прохождения второй ступени аэрации стоки дополнительно
разбавляются чистой водой в 3 раза и поступают в первичные отстойники 2.
Активный ил III направляется в аэротенки /, избыточный ил IV— в
сгуститель 2. Осветленная вода поступает в промежуточную емкость 3. В нее
подаются коагулянт V и флокулянт VI. Вода отстаивается во вторичном
отстойнике 4 и далее подается в окислитель 5, где обрабатывается озоном VII (расход
озона 1 кг/ч) и емкость-деозонатор 6. Из него насосом вода подается для доо-
чистки на песчаный фильтр 7, из которого поступает в приемный резервуар 8-
В целях удаления органических примесей отфильтрованная вода подается на
сорбционные фильтры 9, загруженные активированным углем, после чего
качество очищенной воды по всем показателям выше городской водопроводной
воды. Очищенная вода VIII поступает в пруд с декоративными рыбками 10,
откуда сбрасывается в водоем. Такой прием, используемый не только в
Японии, можно рассматривать и как способ биоиндикации, и как рекламу
очистных сооружений.
Схема обезвоживания и сжигания осадка показана на рис. 3.35, б. Осадок и
избыточный активный ил из вторичного отстойника подаются в сгуститель И
(время пребывания 4 ч), осветленная вода возвращается в начало процесса
очистки, а в сгущенный осадок дозируется флокулянт VI и он подается на
центрифугу 12; затем осадок подается в барабанную печь 13 для сжигания.
Получаемая зола /^удаляется и используется как удобрение.
На очистных сооружениях в некоторых местах происходит выделение газов
л: при сливе привезенной хозяйственно-фекальной жидкости, работе аэротен'
ков, печи сжигания осадков, регенерации угля. Газы от слива хозяйственно-
фекальной жидкости и аэротенков подаются на печь дожигания, после чего на
газоочистку 14 и на выброс. Газы от печи сжигания и установки регенерации
подаются на скруббер доочистки, где предусмотрена их промывка
растворами, содержащими NaOCl и NaOH. Эти схемы взаимозаменяемые.
в Мексике в целях промышленного водоснабжения построено 14 станций
По доочистке биологически очищенных городских сточных вод C24 тыс. м3/
сУт). Вода используется для пополнения системы оборотного водоснабжения
•ЭЦ, предприятий по производству чугуна и стали, бумаги и картона,
машиностроительных предприятий, химических заводов.
Великобритании большинство городских станций аэрации имеют в своем
составе сооружения третичной очистки (песчаные скорые фильтры). Доочи-
Щяшые городские сточные воды идут на пополнение охлаждающих систем
°Оорогного водоснабжения сталеплавильных цехов, для гашения кокса, пыле-
УДаления и закалки стали без ее обработки. Перед подачей в конденсаторы
турбин ТЭЦ воду предварительно умягчают известью.
225

<3S ,
s
ь-
o
Ю
о.
■ю
о
га
?.
о
S
ы
о
(U
Э"
К
и.
о
|=:
о
Й
к
X
о
с
К
8
S
о?
а,

Создание ЗСВ промузлов является наиболее перспективным направлением
при использовании ДГС прежде всего для промузлов, в которых развиты
наиболее водоемкие отрасли промышленности (металлургия, теплоэнергетика,
химия, нефтехимия, машиностроение). Большие капитальные и
эксплуатационные затраты на строительство и эксплуатацию водооборотных циклов, а
также требования наиболее полного осуществления водоохранных
мероприятий обусловливают необходимость проведения расчетов с использованием
имитационных и экономико-математических моделей для определения
оптимального варианта замкнутой или оборотной системы технического
водоснабжения промузла. Модели взаимоувязывают затраты на освоение и
расширение природных водоисточников; транспортные расходы на подачу воды к
потребителям и от них; затраты на водоподготовку, очистку стоков,
воспроизводство технологической воды внутри предприятий за счет водооборотных
систем: затраты на восстановление качества воды и ее передачу после
использования одним предприятием другому.
3.16. ПОВЕРХНОСТНЫЙ СТОК-РЕЗЕРВ ЗАМКНУТЫХ СИСТЕМ
ПРОМЫШЛЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
В замкнутых системах водоснабжения очистка и использование
поверхностного стока (дождевого, талого, дренажного и поливомоечного) могут
производиться на самостоятельных очистных сооружениях, а также на
сооружениях, обеспечивающих их совместную очистку с хозяйственно-бытовыми или
производственными сточными водами.
Поверхностный сток с площадок промышленных предприятий имеет
сложный состав, поскольку на его качество существенно влияют культура
производства на предприятии, характер технологических процессов, организация
складского хозяйства. Во многих случаях именно эти факторы определяют
состав и концентрации примесей стока
Систематические многолетние наблюдения за качеством поверхностного
стока на промышленных площадках многих предприятий Москвы,
Новосибирска, Перми, Екатеринбурга и некоторых других городов позволяют
сделать вывод о том, что концентрация загрязнений в стоке промышленных
территорий гораздо выше, чем в городских сточных водах. Увеличение
концентрации загрязнений на водосборных площадках и площадках открытого
складирования материалов может быть результатом интенсивного грузового
движения (в том числе и железнодорожного транспорта). Наибольшее
загрязнение вод характерно для металлургических заводов, горно-обогатительных
комбинатов, предприятий строительной индустрии. Для ориентировочных
подсчетов можно принять, что эти воды по количеству грубодисперсных приме-
227

сей соответствуют городскому поверхностному стоку со строительных
площадок D-6 г/дм3). Характерная особенность стока с большинства
промышленных площадок, а также грузовых железнодорожных станций —
повышенное содержание в них нефтепродуктов. Концентрация эфирорастворимых
примесей составляет 100-150 мг/дм , а на автотранспортных предприятиях —
300 мг/дм3 и более.
Биохимическая потребность в кислороде имеет широкий диапазон
колебаний в зависимости от отраслевой принадлежности объекта. Для большинства
предприятий значение ВПК мало отличается от городского стока. В
зависимости от благоустройства и качества уборки территории среднее содержание
органических веществ по ВПК может составлять от 40-50 до 100-150 мг/дм . При
наличии на водосборе зеленых насаждений и открытых грунтовых
поверхностей следует принимать большие величины загрязненности. Если газоны
отсутствуют или доля их площади по отношению ко всей площадке
несущественна, то при качественной и регулярной уборке площадки загрязненность стока
будет минимальна. На увеличение ВПК влияют технологические выбросы ТЭЦ,
оседающие на кровле цехов, и продукты неполного сгорания топлива.
Необходимость на некоторых предприятиях открытого хранения и
складирования производственного сырья, промежуточных продуктов и отходов
производства также приводит к увеличению загрязненности поверхностного
стока, в который попадают значительные количества органических и токсичных
веществ. Так, в стоке, поступающем на золоотвалы ТЭЦ, содержание летучих
фенолов, по некоторым данным, составляет 25Н-5, нелетучих — 250-300 мг/
дм3. На крупных деревообрабатывающих, бумагоделательных и целлюлозных
комбинатах, где открыто хранятся древесина и корье, в поверхностных водах
фенолы, как правило, содержатся также в больших концентрациях.
Во многих отечественных и зарубежных исследованиях отмечается высокая
степень бактериальной загрязненности поверхностного стока. По числу
бактерий кишечной группы в единице объема отдельные пробы дождевых и
талых вод соответствуют бытовым сточным водам, в среднем же этот показатель
в поверхностном стоке в 10-100 раз ниже, чем в бытовом. Большая часть
бактерий содержится в твердой фазе стока. Это свидетельствует о том, что
поверхностный сток и осадок, образующийся при его отстаивании, опасны в
санитарно-эпидемиологическом отношении. Коли-титр атмосферных вод.
стекающих с застроенных территорий, обычно составляет IO''-Ю мл. Отмечены
колебания коли-титра по сезонам года н часам суток.
Талый сток в большей степени загрязнен кишечными палочками; в
дождевом максимальное количество микроорганизмов наблюдается в пробах после
летних дождей, выпадающих в дневное время. Основные источники
бактериальной загрязненности — территории неблагоустроенных дворов и
пониженные участки населенных мест, периодически подвергающиеся затоплению
228

дождевыми и талыми водами, а, кроме того — загрязненный грунт. Судя по
анализам, сток атмосферных вод имеет состав микрофлоры, присущий средне
загрязненной почве.
До недавнего времени поверхностные сточные воды с застроенных
территорий относили к категории так называемых условно чистых вод, их влияние на
качество поверхностных водоисточников практически не учитывали. Выпуск
поверхностного стока запрещали лишь на участках водоемов, отведенных для
купания. Наблюдения последних лет показали, что атмосферные воды,
стекающие с населенных мести промышленных площадок, — значительные
источники загрязнения водных объектов. Зачастую даже при полной биологической
очистке всех производственных и бытовых сточных вод загрязненность
некоторых водоисточников продолжает возрастать в основном в результате сброса
в них поверхностного стока.
При залповых сбросах большого количества грубодисперсных примесей, что
обычно наблюдается при выпадении дождей, происходит частичное их
осаждение в створе ливне выпуска и ниже по течению. Г^то приводит к
постепенному заиливанию водоема, препятствует нормальному протеканию процессов
на дне водоприемника. Как известно, не допускается сброс со сточными
водами частиц с гидравлической крупностью более 0,4 мм/с для проточных
водоемов и 0,2 мм/с — для непроточных. В поверхностном стоке содержание
твердых примесей с такой гидравлической крупностью доходит до 30-40 %.
Приблизительно '/ осадка из поверхностного стока органического
происхождения. Попадая в водоем, эта часть донных наносов окисляется кислородом,
растворенным в воде. В толщине наносов происходят анаэробные процессы
разложения (гниения) органических веществ, сопровождающиеся выделением
Дурно пахнущих газов: метана, сероводорода.
Схему воздействия поверхностного стока на водоемы упрощенно можно
представить следующим образом. Твердые частицы, поступающие в водоем,
частично выносятся потоком воды, увеличивая при этом ее мутность в створе
выпуска и ниже по течению. Некоторое количество взвешенных веществ
оседает у ливневыпуска, образуя донные отложения. Органические вещества,
находящиеся в атмосферных водах в растворенном состоянии и в виде
коллоидов, попадая в водоем, сносятся по течению и в процессе смешения с водой
водотока потребляют растворенный кислород. В водоеме создается некоторый
дефицит кислорода, постепенно уменьшающийся при прекращении
поступления стока.
Всплывающие на поверхность пузырьки газов, образующихся при
анаэробном разложении органических веществ донных отложений, ухудшают органо-
лептические свойства воды. Она приобретает неприятный запах и привкус.
Вместе с пузырьками газов на поверхность выносятся частицы наносов, что
увеличивает мутность воды в водоеме.
229

Поверхностный сток с застроенных территорий смывает значительное
количество плавающих загрязнений (обрывки бумаги, окурки, мусор, листья,
нефтепродукты и др.), которые также ухудшают органолептические свойства
воды и портят внешний вид водоисточников. Нефтепродукты, поступающие с
поверхностными сточными водами, могут существенно влиять на
кислородный режим водоемов. Во-первых, окисляясь, они потребляют растворенный в
воде кислород, и, во-вторых, нефтяная пленка, образующаяся на поверхности,
в значительной степени препятствует процессу реаэрации водных объектов.
Для уменьшения выноса в водные объекты загрязненных веществ с
поверхностным стоком на промышленных предприятиях должны быть
предусмотрены следующие первоочередные мероприятия:
• исключение сброса в дождевую канализацию отходов производства, в том
числе и отработанных нефтепродз'ктов;
• организация регулярной уборки территории с максимальной механизацией
уборочных работ;
• проведение своевременного ремонта дождевых покрытий;
■ ограждение зон озеленения бордюрами, исключающими смыв грунта во
время ливневых дождей на дорожные покрытия;
• максимальная очистка на пыле- и газоочистных установках выбросов в
атмосферу и предотвращение попадания в поверхностный сток,
формирующийся на территории предприятия, специфических загрязнителей;
• повышение технического уровня эксплуатации железнодорожного и
автомобильного транспорта;
• ограждение строительных площадок, упорядочение отвода поверхностного
стока по временной системе открытых канав, осветление его на 50-70 % в
земляных отстойниках и последующее отведение в дождевую сеть канализации;
• локализация участков территории, где неизбежны просыпи и проливы
сырья и промежуточных продуктов, отведение поверхностного стока в систему
производственной канализации для совместной очистки;
• упорядочение складирования и транспортирования сыпучих и жидких
материалов.
При проектировании систем дождевой канализации промышленных
предприятий необходимо рассматривать: возможность ликвидации выноса
вредных веществ поверхностным стоком с территории предприятия;
целесообразность очистки поверхностного стока совместно с производственными и г0"
родскими сточными водами; условия использования поверхностного стока в
системах промышленного водоснабжения. На крупных предприятиях, где
применяются различные технологические процессы, поверхностный сток с
отдельных участков водосборной площадки может заметно отличаться по составу
примесей от стока с других участков и общего стока, что должно учитываться
при разработке схемы его отведения и очистки.
230

Концентрация основных примесей в дождевом стоке зависит от
гидрометеорологических параметров выпадающих осадков (величины слоя за дождь,
его продолжительности и интенсивности) и продолжительности
предшествующих периодов сухой погоды. Содержание примесей тем выше, чем меньше
слои осадков и продолжительнее период сухой погоды, причем в процессе
отекания дождевых вод оно изменяется. В талых водах концентрация примесей
зависит главным образом от количества осадков, выпадающих в холодное
время года, и от доли грунтовой поверхности в балансе площади водосбора Сток
поливомоечных вод отличается стабильным составом и высокими
концентрациями примесей.
При разработке на предприятии проекта очистки сточных вод состав
поверхностного стока следует принимать по результатам химических анализов или
использовать данные аналогичных производств. Ливневыпуски заводов чаще
всего расположены непосредственно в городской черте, поэтому требования
контролирующих органов к качеству сбрасываемого в водоемы стока очень
жесткие. В большинстве случаев к очищенным сточным водам предъявляются
те же требования, что и к составу и свойствам воды водоприемника. Для
обеспечения столь глубокой степени очистки необходим сложный и
дорогостоящий комплекс очистных сооружений.
В этих условиях один из рациональных путей исключения загрязнения
водных объектов поверхностным стоком с заводской территории —
использование его после аккумуляции и соответствующей очистки для технического
водоснабжения, например для подпитки оборотных циклов водоснабжения или
ряда производств с прямоточным водоснабжением и последующим
отведением сточных вод в систему производственно-бытовой канализации. При
содержании взвешенных и эфирорастворимых веществ соответственно не более 30
мг/дм3 поверхностный сток может быть использован почти во всех
технологических процессах. Если поверхностный сток и часть производственных
сточных вод отводятся по одной канализационной сети, необходимо
предусматривать использование в техническом водоснабжении смеси этих сточных вод.
Отведение поверхностного стока с территории промышленных
предприятий в водные объекты допускается в тех случаях, когда его использование в
промводоснабжении оказывается технически невозможным или
экономически нецелесообразным. При этом должны соблюдаться нормативы и
требования Правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами,
учитываться особенности химического состава стока и условия его
формирования. Места выпуска поверхностного стока в водный объект следует
согласовывать с органами по регулированию, использованию и охране вод,
санитарно-эпидемиологической службы и рыбоохраны. При проектировании
выпусков очищенных поверхностных вод в рыбохозяйственные водоемы место сбро-
231

са должно выбираться с учетом рыбохозяйственного значения данного
участка водоема.
При самостоятельном отведении стока по сети дождевой канализации и
отсутствии в нем специфических примесей допускается ограничиться очисткой
основного количества годового объема стока (не менее 70 %). На очистку
следует подавать наиболее концентрированную его часть. Эти условия
выполняются при расчете очистных сооружений на прием стока от мало интенсивных
часто повторяющихся дождей с периодом однократного превышения
расчетной интенсивности 0,05-0,1 года или на аккумуляцию и последующую
очистку стока, образующегося при выпадении дождя слоем 10-15 мм.
Приведенные расчетные величины интенсивности и слоя дождя в каждом конкретном
случае могут быть уточнены на основе обработки данных об осадках за
многолетний период.
Степень очистки стока, не содержащего специфических примесей,
устанавливается из условия предотвращения заиления и засорения водного объекта,
поддержания нормативного количества в воде растворенного кислорода.
Перед выпуском в водный объект поверхностный сток во всех случаях должен
подвергаться очистке от всплывающих примесей и песка. В случаях
поступления в дождевую канализацию производственных сточных вод или наличия в
поверхностном стоке специфических примесей к выпуску его в водный
объект предъявляются такие же требования, как и к выпуску производственных
сточных вод. Степень очистки поверхностного стока при этом определяется
из условия соблюдения в расчетном створе водоприемника (с учетом
разбавления и самоочищения) нормативных требований, предъявляемых к качеству
воды в водных объектах, используемых для хозяйственно-питьевых,
культурно-оздоровительных нужд населения и рыбохозяйственных целей. Очистные
сооружения, как правило, должны рассчитываться на прием всего объема
сточных вод, поступающих по сети дождевой канализации.
При определении условий смещения поверхностного стока с водой водного
объекта расчетный расход его 0р (м /с) принимается равным
зарегулированному расходу стока после очистки, а при отсутствии регулирования
рассчитывается по формуле
<2Р =2,8^ЛСМ/^Д/(ГД +/)s C-52)
где F — площадь бассейна водосбора, га; \|/д — общий коэффициент
дождевых вод (принимается в пределах 0,5-0,7); ксы — среднесуточный максимум
атмосферных осадков, мм (принимается по изданию: «Справочник по клима-
ту)>\. у средняя продолжительность дождя в данной местности, ч (слравоч-
11Ь1й'материал); t — время добегания стока от крайней точки водосборного
бассейна до места выпуска в водный объект, ч.
232

Условия отведения поверхностного стока в водные объекты расчетным путем
можно определить в соответствии с Методическими указаниями по
применению Правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами.
При наличии большого числа выпусков дождевой канализации в пределах
городской территории или производственно-территориального комплекса
требуемая степень очистки поверхностного стока и допустимое к сбросу
количество примесей для предприятия должны устанавливаться соответствующими
научно-исследовательскими и проектными организациями с учетом
оптимального распределения затрат на очистку. Выбор схемы отведения и очистки
поверхностного стока с промышленных площадок должен осуществляться на
основе оценки технической возможности и экономической целесообразности
следующих мер:
• локализации отдельных участков производственной территории, где
возможно попадание на поверхность специфических загрязнении, с отводом
стока в производственную канализацию или после предварительной очистки - - в
дождевую;
• раздельного отведения стока с водосборных площадей, отличающихся по
характеру и количеству загрязнения территории;
• самостоятельной очистки поверхностного стока;
• подачи поверхностного стока на общезаводские очистные сооружения для
совместной очистки с производственными сточными водами.
В схемах отведения следует предусматривать по возможности самотечную
подачу стока на очистные сооружения. Степень очистки поверхностного
стока в зависимости от схемы отведения определяется требованиями к качеству
воды, используемой для производственных целей, или условиями отведения в
водные объекты хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяй-
ственного назначения. Условия сброса в водный объект очищенного
поверхностного стока с территории промышленных предприятий должны отвечать
Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. При
использовании в промводоснабжении качество стока должно соответствовать
требованиям, предъявляемым потребителями.
Состав очистных сооружений определяют в зависимости от качественной
характеристики и требуемой степени очистки поверхностного стока, его
расчетного расхода или количества, направляемого на очистку, с учетом
возможности очистки или доочистки совместно с производственными,
производственно-бытовыми стоками или природными водами на канализационной станции
очистки вод. Для очистки поверхностного стока с территории промышленных
предприятий, не содержащего специфических примесей с токсическими
свойствами, можно использовать самостоятельные сооружения, а также отводить
его на городские или заводские сооружения, очищая вместе с бытовыми или
производственными сточными водами.
233

Регулирование расхода поверхностного стока для использования его в
системе производственного водоснабжения и исключения частичного или
полного сброса в водный объект может осуществляться при помощи регулирующих
емкостей, рассчитанных на прием пиковых расходов стока и последующее
опорожнение после уменьшения или прекращения потока, либо
аккумулирующих емкостей, рассчитанных на регулирование стока в течение определенного
периода (года, теплого периода, месяца).
При расчете сооружений для регулирования и очистки поверхностного
стока с территории промышленных предприятий требуются следующие
исходные данные: величина площади бассейна канализования; баланс
канализуемой территории по роду поверхности; режим атмосферных осадков в данной
местности; схема дождевой или производственно-дождевой канализационной
сети (существующей или на перспективу); гидравлический расчет
коллекторов дождевой канализации; расчетные концентрации загрязняющих
примесей в поверхностном стоке, а в случае устройства производственно-дождевой
канализации — и состав производственных сточных вод; требуемая степень
очистки сточных вод.
Представляет интерес новая технология очистки сточных вод дождевой и
промышленно-дождевой канализации (рис. 3.36 разработанная НПФ «ЭКО-
Проект» и НПП «ЭКО-Плюс» (Екатеринбург).
Сооружения очистки состоят из трех функциональных блоков — А, В, С.
Заглубленный коллектор сточной воды подключается к блоку А.
Блок А, предназначенный для первичной грубой очистки и перекачки
сточной воды, состоит из секции для отделения осаждающих и плавающих
предметов, песка размером более 1,5-2,0 мм, решетки с крупноячеистой сеткой,
секции для улавливания частиц размером более 0,5 мм и приемного
резервуара с погружными насосами, подающими воду в блок В. Производительность
этой группы насосов равна максимальному расходу подводящего коллектора.
В блоке А предусматривается аварийный перелив, сбрасывающий воду только
при выходе из строя насосов, поскольку при осадках любой интенсивности
приток воды ограничен пропускной способностью подводящего коллектора.
Блок В предназначен для аккумулирования пиковых объемов поверхностного
стока определенной повторяемости, а также для отстаивания грубодисперс-
ных твердых частиц и нефтепродуктов. Корпус блока имеет цилиндрокони-
ческую форму, проектируется по типу радиального отстойника и размещается
обычно наземно без обваловки. Он оборудуется вращающимся скребковым
механизмом для сгребания осадка в приямок, устройством для откачки
осадка, механизмом для удаления всплывающих нефтепродуктов при переменном
уровне воды, насосами для дозированной подачи воды в блок С, который
предназначен для окончательной глубокой очистки сточных вод. Рабочий перелив
блока В предназначен для сброса в водный объект отслоенной сточной воды
234

43
tN
С
t--
a
r$
Г*1
c-3
4-
О".
я
£~» О
a Ё о £^<3
b Щ
. IS
с с
о
с
г"
5 5 .£ ь
. .. с. р, л
'Ж У О 5 '
' з as
но
7$
К С
1
о
I
я:
о
э
s
т
о
«■» "--I рт-г *л_ и
* I Is-**
■Я uj
ffi
о
VC
I ^с
Sip
Sis
B^
... «
II
*■ 5 c=i ад £ ■& з
Ы ЕС M 0""©-<N

при сверх расчетных объемах поверхностного стока, которые не могут быть
приняты блоком С. В блоке Сеточные воды подвергаются физико-химической
обработке реагентами «Экозоль 401» и ВПК-402.
Дождевой сток, прошедший полную очистку (Л, В, С), содержит
взвешенных веществ 0,4-1,0 мг/дм3, нефтепродуктов 0,03 0,07мг/дм3. ХПК 10-
15 мг02/дм\
Разработанная и проверенная в течение 4 лет в условиях ОАО «Уралмаш»
схема сооружений имеет, в сравнении с традиционными решениями, ряд
технико-экономических преимуществ и позволяет:
• осуществлять глубокую очистку 70-90 % объема поверхностного стока и
механическую очистку остального его количества 10-30 % при любом
периоде повторяемости;
• утилизировать отходы очистки воды, что реализовано для осадков
очистных сооружений и других промышленных отходов Екатеринбурга в
производстве клинкера на одном из цементных заводов;
• работать с минимальным штатом обслуживающего персонала за счет
простых технических решений по технологии очистки и схеме автоматического
управления;
• использовать очищенные сточные воды в системах оборотного
водоснабжения предприятий за счет применения реагентов, практически не
изменяющих солевой состав воды.
3.17. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ВОДЫ
ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Обезжелезивание воды. В поверхностных водах железо обычно
встречается в виде органических и минеральных комплексных соединений либо
коллоидных или тонкодисперсных взвесей. Преобладающей формой
существования железа в подземных водах является бикарбонат железа (II), который
устойчив только при наличии значительных количеств углекислоты и при отсут-
ствии растворенного кислорода. Наряду с этим железо встречается в виде
сульфида, карбоната и сульфата железа (II), комплексных соединений с гуммата-
ми и фульвокислотама 2+
При рН < 4,5 железо находится в воде в виде ионов Fe3+; Fe2+ и Fe (ОН) ■
Повышение значения рН приводит к окислению железа (II) в железо (Ш). к0'
торое выпадает в осадок. В этих условиях при Eh < 0,2 В и наличии в воде
сульфидов может выделяться черный осадок FeS. В восстановительной среде
в присутствии карбонатов и при рН > 8,4 возможно выделение карбоната, а
при рН > 10,3 — гидроксида железа (II).
Окисные соединения железа, находящиеся в виде коллоидно- и тонкодие-
персных взвесей, хорошо удаляются при обычной коагуляции примесей, Лоэто-
236

му обезжелезивание поверхностных вод производят одновременно с их
осветлением и обесцвечиванием коагулянтами. В тех случаях, когда в воде открытых
источников водоснабжения содержится железо (И), проводят аэрирование воды
или хлорирование повышенными дозами. Для обезжелезивания подземных вод
применяют аэрирование, обработку воды перманганатом или хлором в
сочетании с аэрированием или без него. После осуществления каждого из этих
процессов, обеспечивающих окисление соединений железа (II) с выделением
водного оксида железа (III), предусматривается фильтрование воды. Железо
удаляют из воды катионированием, если одновременно необходимо ее
умягчение. При этом полностью исключают контакт обрабатываемой воды с
воздухом для предупреждения окисления ионов железа (II). Возможно также
обезжелезивание воды при фильтровании ее через слой пиролюзита, «черного песка,
или песка, покрытого оксидами железа, являющимися катализаторами
окисления железа (II).
Хлорирование воды обусловливает переход соединений железа (II) в
соединения железа (III), которые в присутствии гидрокарбонатов природных вод
полностью гидролизуются по реакции
2Fe2+ + CI2 + 6НС03" = 2Fe(OHK1 + 2СГ + 6С02 Т. C.53)
На окисление I мг железа (II) расходуется 0,64 мг хлора, щелочность воды
при этом снижается на 0,054 мг-экв/дм . Дозу хлора Д , мг/дм3. рассчитывают
по формуле
Д,., = 0,7(Fe2+), C.54)
где (Fe *) — содержание железа (II) в исходной воде, мг/дм3.
При обработке воды перманганатом калия реакция окисления и
последующего гидролиза протекает по уравнению
4Fe2+ +Mn04"+8HC03" + 2H20 = 4Fe(OHK4 + Mn02i + 8C021\ C.55)
На окисление 1 мг железа (II) расходуется 0,71 мг перманганата калия, и
щелочность воды, уменьшается при этом на 0,036 мг — экв/дм3, дозу
перманганата калия Дп мг/дм3, предусматривающую некоторый его избыток,
определяют по формуле
Д. =(Fe2+). (з.56)
Окисление железа (II) кислородом воздуха, наблюдаемое при аэрировании
годы, происходит по реакции
237

4Fe2+ + 02 + 8HC0J + 2H20 = 4Fe(OHK4- +8C02T.
C.57)
На окисление 1 мг железа (II) расходуется 0,143 мг кислорода. Процесс
замедляется при наличии в растворе углекислоты, заметно понижающей рН воды,
поэтому для быстрого завершения окисления и гидролиза необходимо
удалять ее аэрированием или связывать известью.
Повышение рН воды благоприятствует протеканию процесса обезжеле-
зивания рН воды в заданных границах поддерживают, добавляя в нее известь
или соду.
Схема установки для обезжелезивания подземных вод упрощенной
аэрацией с введением воздуха центробежным или вихревым насосом показана на
рис. 3.37.
При засасывании насосом исходной воды из бачка, в который она поступает
через душевую насадку, образуется водовоздушная эмульсия. Количество
воздуха, подаваемого насосом, должно составлять около 2 м3 на каждый
килограмм удаляемого из воды железа (II).
Избыток растворенного кислорода при насыщении воды воздухом с целью
ее обезжелезивания не должен превышать 0,6 мг/дм3 02 на 1 мг Fe * с тем, что
бы часть железа окислялась в толще фильтрующей загрузки.
Деманганация воды. Для удаления из воды марганца используют те же
методы, что и при обезжелезивании воды. Обычно соединения марганца
выделяют из воды, одновременно с соединениями железа. Деманганация воды может
быть достигнута аэрированием, иногда совмещенным с известкованием воды,
обработкой воды сильными окислителями — хлором, озоном и др.,
коагуляцией примесей воды сульфатом железа(Ш), фильтрованием воды через Na-
катионит либо пропусканием воды через катионитовые фильтры с
марганцевым катализатором. Во всех этих методах обработки воды, кроме катиониро-
вания, предусматривается фильтрование ее на напорных или самотечных
фильтрах.
Вода из скважины
Ь
Lm-
2
1
^v
'■x.'Ilecohyr?
а. &лЛ£а'£&.е-в i
i к потребителю
Рис. 3.37. Схема установки для
обезжелезивания подземных, вод
упрощенной аэрации: J — напорный фильтр; 2
— насос; 3 — бачок; 4 -— душевая
насадка
238

При аэрировании воды ионы марганца (II) окисляются, в ионы марганца (III)
и (IV), которые, гидролизуясь, выделяются в осадок в виде гидроксидов. Для
обеспечения полноты удаления марганца воду необходимо подщелачивать до
рН > 9,5-5-10,0 или фильтровать ее через контактный фильтр, загруженный
дробленым пиролюзитом или «черным песком».
Хлором ионы марганца (II) окисляются достаточно быстро только при рН > 4.
При наличии в воде аммиака и аммонийных солей доза хлора должна
обеспечивать окисление хлораминов и марганца. Для полного разрушения хлорами-
нов необходимо вводить около 6 мг хлора на 1 мг содержащегося в воде
аммиака и, кроме того, 1,3 мг хлора на окисление I мг Мп2+ в Мп *.
Диоксид хлора и озон окисляют ионы марганца (II) при рН воды 6,5-7,0 в
течение 10-15 мин: расход диоксида хлора составляет 1,35 мг, озона— 1,45 мг
на 1 мг Мп'Ф.
Наиболее полно удаляются ионы марганца при озонировании воды;
образующийся под действием этого сильного окислителя нерастворимый водный
оксид марганца (IV) выделяется из воды при фильтровании ее через
зернистые загрузки скорых фильтров.
Из поверхностных вод марганец может быть удален коагулированием
сульфатом железа (II) FeS04 с подщелачиванием воды до рН 9,5-10,5. При этом
значительная часть выделяющихся гидроксидов железа и марганца
задерживается обычно в отстойниках или осветлителях со взвешенным
осадком, а остальная часть — на скорых осветительных фильтрах.
Ионы марганца (II) могут быть удалены из воды на Na-катионитовых
фильтрах. Как и в случае обсзжелезивания воды, установка должна быть хорошо
герметизирована для предупреждения попадания кислорода воздуха и
образования при этом гидроксидов, загрязняющих катионит.
Марганец удаляют из воды также биохимическим методом, пропуская ее
через напорные фильтры с грубозернистым песком (dc = 3 мм) со слоем
высотой 1,5 м, засеянным небольшим количеством марганецпотребляющих
бактерий, со скоростью до 30 м/ч. Отмирающие бактерии образуют на поверхности
зерен песка биомассу, содержащую оксиды марганца, катализирующие
окисление.
Обескремниванне воды. Воду, содержащую кремниевую кислоту, нельзя
использовать для питания котлов высокого и сверхвысокого давления, в
химико-фармацевтической промышленности, на производстве капрона и текстиля
при переработке цветных металлов. Она является основным компонентом
сложных силикатных накипей (до 50 % кремниевой кислоты, до 30 % оксидов
железа, меди и алюминия и до 10 % оксида натрия), которые способны
отлагаться на стенках котлов и теплообменных аппаратов. Кремниевая кислота
образует накипь с катионами кальция, магния, натрия, железа, аммония. Вода
содержащая кремниевую кислоту, осложняет работу котлов, турбин, а также раз-
239

личных теплообменных аппаратов, снижает качество продукции рада
производств, поэтому необходимо производить предварительное обескремнивание
воды. Глубина обескремнивания питательной воды для котлов зависит от их
рабочего давления, температуры и конструкции. Содержание кремниевой
кислоты в добавочной воде обычно до 0,05-0,1 мг/дм3 (считая по Si032-).
Обескремнивание воды достигается: осаждением известью; сорбцией гад-
роксидами железа, алюминия, оксидом или гидроксидом магния;
фильтрованием через магнезиальный сорбент; ионным обменом и
электрокоагулированием. Выбор метода обескремнивания воды зависит от предъявляемых к ней
требований и экономических показателей. При обескремнивании воды с
температурой 98 °С осаждением известью и при значительном избытке осадите-
ля содержание кремниевой кислоты может быть снижено до 0,4-0,5 мг/дм , а
сорбцией гидроксидами алюминия и железа — до 1,5-2,0 мг/дм . При
обескремнивании воды, нагретой до 40 °С, сорбцией гидроксидом магния или
каустическим магнезитом достигается снижение соединений кремния в ней до 0,8-
1,2 мг/дм3, а при подогреве воды до 120 РС — до 0,25-0,5 мг/дм3. При
обескремнивании воды фильтрованием через магнезиальный сорбент остаточное
содержание кремниевой кислоты снижается до 0,1-0,2 мг/дм .
Наиболее глубокое обескремнивание воды достигается в цикле ее ионитово-
го обессоливания — до 0,05-0,01 мг/дм3. Однако этот метод является
наиболее дорогостоящим.
Обескремнивание воды известью основано на небольшой растворимости
силиката кальция. При наличии в исходной воде 10-12 мг/дм кремниевой
кислоты остаточное содержание ее в обработанной воде составляет 6-8 мг/
дм3. С избытком извести и повышением температуры воды глубина
обескремнивания возрастает. Так, если подлежащую обескремниваншо воду нагреть в
каскадном подогревателе до 80-90 °С и насытить известью в сатураторе
(рис. 3.38), то при этом выпадают в осадок гидроксид магния, сорбирующий
силикат и карбонат кальция. Вода обескремнивается и частично умягчается.
Осветляют воду фильтрованием, избыток гидроксида кальция извлекают
декарбонизацией в скрубберах продувкой очищенными дымовыми газами.
Образующийся при этом осадок карбоната кальция удаляют в осветлителе, из
которого вода для окончательного осветления поступает на антрацитовый
фильтр и натрий-катионитовый фильтр, загруженный термостойким катиони-
том. В очищенной воде содержится 0,35-0,50 мг/дм3 Si032~, солей жесткости
пе более 0,01 мг-экв/дм ; щелочность не превышает 0,3 мт-экв/дм3.
Углекислота удаляется из воды, и происходит частичное разложение
гидрокарбонатов.
Обескремнивание воды солями железа основано на способности хлопьев
гидроксида железа (И), образующегося при введении в воду его солей, сорби-
овать молекулярно — дисперсную и коллоидную кремниевую кислоту.
240

I СО,
Осадок Декремпезировашюя
CaCXh 6oda
Рис. 3.38. Схема установки обескремнивания воды: / — каскадный подогреватель; 2 — дегазатор;
3 — бак известкового молока; 4 — сатуратор; 5 — фильтр с мраморной крошкой; б — скруббер; 7 —
напорный осветлитель; 8 — фильтр с загрузкой; ° — Na-катиоповый фильтр с термостойким ионп-
том; J0 — насос-доза-гор; // — повысительный насос
Установка, используемая для обескремнивания воды сульфатом железа (И) или
хлоридом железа (III), состоит из вертикального смесителя, дозаторов
реагента и известкового молока, осветлителя, фильтра и насоса для рециркуляции
осадка. Благодаря рециркуляции осадка значительно снижается расход Koaiy-
лянта.
Для снижения содержания кремниевой кислоты с 12-14 до 2 мг/дм
требуется 300-350 мг сульфата железа (II).
Оптимальные значения рН (8,5-9,5) поддерживаются добавлением в воду
извести.
Обескремнивание воды солями алюминия основано на их способности
сорбировать кремниевую кислоту из раствора. В качестве реагентов
применяют алюминат натрия и сульфат алюминия. Концентрация остаточной
кремниевой кислоты при использовании алюмината натрия составляет 0,5-2 мг/дм ;
расход алюмината — 150-200 мг/дм3. При замене алюмината натрия более
дешевым сульфатом алюминия уменьшается глубина обескремнивания и
увеличивается содержание сульфатов, что нежелательно для вод, направляемых
на питание паровых котлов.
Схема сооружений для обескремнивания воды этим методом аналогична
предыдущей. Если допускается содержание взвешенных веществ в воде до 15 мг/
дм3, то вода из осветлителей может непосредственно подаваться
потребителю; при необходимости более полного осветления воду пропускают через
фильтры с антрацитовой крошкой. Для снижения дозы коагулянта, расход которого
обычно составляет 200-400 мг/дм3 принимают рециркуляцию осадка в
осветлителе.
241

Наиболее существенные недостатки этих методов обескремнивания —
большой расход и высокая стоимость реагентов, а также увеличение количества
сухого остатка декремнезированной воды.
При фильтрационном методе обескремнивания воды фильтры
загружают магнезиальными сорбентами (полуобожженным доломитом, а также
специальным сорбентом, получаемым обработкой измельченного магнезита
соляной кислотой), активированным оксидом алюминия, бокситами. Сущность
процесса обескремнивания воды фильтрованием через слой сорбента
заключается в образовании малорастворимого в воде силиката магния. При высоте
слоя сорбента в фильтре 3,4-4,0 м, температуре воды до 40-50 СС и скорости
фильтрования до 10 м/ч содержание кремниевой кислоты в воде снижается до
ОД-0,3 мг/дм3 A м3 сорбента поглощает до полного истощения 90 кг Si02).
Недостаток метода — замена загрузки фильтра через каждые 6 мес. (при
среднем содержании в исходной воде до 10 мг/дм3 Si02), поскольку сорбент не
регенерируется.
Большой практический интерес представляет использование
активированного оксида алюминия и бокситов в качестве загрузки обескремнивающего
фильтра. При скорости фильтрования 5-6 м/ч слой сорбента толщиной 1,5 м
снижает содержание кремниевой кислоты до 0Д-0,5 мг/дм3.
Фильтр регенерируется 0,1 %-ным раствором щелочи. За один цикл 1 м
активированного оксида алюминия поглощает из воды 10-12 кг Si03 ■ Досто-
инство фильтрационного метода — компактность установок и простота их
обслуживания.
Аниоиитовын метод обескремнивания воды в цикле ионитового обессо-
ливания с сильноосновными анионитами обеспечивает снижение
концентрации SiO/~ до 0,03-0,05 мг/дм3. Сущность анионитового метода
обескремнивания и одновременного обессоливания воды заключается в следующем: воду
пропускают через Н-катионитовые фильтры, где из нее извлекаются катионы
Са2+, Mg2+, К4 и Na+. Затем вода проходит через фильтры со слабоосновным
анионитом, где она избавляется от анионов сильных кислот (SO/ , С\, N02").
После дегазации воды для удаления из нее оксида углерода (IV) ее
пропускают через фильтры с сильноосновным анионитом, где удаляется слабая
кремниевая кислота. Для получения воды с общим содержанием соли менее 1 мг/дм , в
том числе с общим содержанием кремниевой кислоты менее 0,03 мг/дм ,
применяют трехступенчатые схемы ионирования. Недостаток этого
метода—сравнительно высокая стоимость, что обусловлено бо.)п>шим расходом едкого
натра на регенерацию и быстрым уменьшением в процессе эксплуатации крем-
неемкости выоокоосновных анионитов, в связи, с чем требуется их замена
через каждые 1,5-2 года.
242

3.18. УДАЛЕНИЕ ИЗ ВОДЫ РАСТВОРЕННЫХ ГАЗОВ
(ДЕГАЗАЦИЯ ВОДЫ)
Во многих случаях низкое качество продукции и износ оборудования
связаны с наличием газов в воде, используемой в технологическом процессе
(например, в теплоэнергетике, в водоснабжении горячей водой и т.д.).
Чаще всего приходится удалять из воды С02,02 и H2S. Эти газы относятся к
агрессивным, они обусловливают либо усиливают коррозию металлов. Кроме
того, СО, агрессивен по отношению к бетону и отрицательно влияет на
эффективность работы анионитовых фильтров.
При про пускании обрабатываемой воды через Н-катионитовый фильтр
вследствие разложения гидрокарбонатов в воде может образоваться большое
количество свободного С02. Между тем даже незначительное содержание его
в умягченной воде, которая подается для питания паровых котлов, вызывает
коррозию труб и оборудования. Удалять из воды свободный С02 приходится и
при обезжелезивании воды. Довольно часто необходимо удалять из воды
растворенный в ней 02.
Указанные свойства этих газов, а также способность H2S придавать воде
неприятный запах обусловливают необходимость возможно более полного
удаления их из воды.
Комплекс мероприятий, связанных с удалением из воды растворенных в ней
газов, называется дегазацией воды. Существуют физические и химические,
методы дегазации воды.
Химические методы основаны на применении реагентов, связывающих
растворенные в воде газы. Например, обескислороживание воды может быть
достигнуто путем введения в нее сульфита натрия, сернистого газа или гидра-
зингидрата. Сульфит натрия при введении его в воду окисляется
растворенным в воде кислородом до сульфата натрия
2Na2S03 +02 -»2Na2S04. C.58)
1 1ри применении сернистого газа образуется сернистая кислота
S02+H20-»H2S03+02 + H2S04, C.59)
которая кислородом, растворенным в воде, окисляется до серной кислоты.
геагентом, с помощью которого удается достичь практически полного
обескислороживания воды, является гидразингидрат. При этом происходит связы-
ание кислорода и выделение инертного азота
N2H4+02->2H20 + N2l\ C.60)
243

Этот химический способ обескислороживания воды является наиболее
совершенным, но вместе с тем и наиболее дорогим, поэтому он применяется в
основном для целей дообескислороживания воды после физических методов
ее дегазации.
К химическим методам относится получивший довольно широкое
распространение метод обескислороживания воды с помощью сталестружечных
фильтров. Обрабатываемая вода фильтруется через слой стальных стружек, при
этом кислород связывается по следующей реакции:
3Fe + 202-»Fe304. C.61)
Продолжительность контакта стружек и воды, требуемая для
обескислороживания, составляет 1,5-2 мин. Стружки приходится заменять через 6-12 мес.
на 1 кг задерживаемого кислорода необходимо 5 кг стружек. Учитывая, что
насыпная масса стружек при их уплотнении близка к 1 т/м3, необходимый объем
их, в м3, можно определить по формуле
V-5-\0^QQ C'62^
где Q — средний расход, обескислороживаемой воды, м /ч; С— концентрация
кислорода в воде, г/м3; / — время работы фильтра за период между сменами
стружек, ч.
Площадь поперечного сечения фильтра определяют по скорости
фильтрования 25-100 м/ч так, чтобы при найденной высоте слоя стружек
обеспечивалась продолжительность контакта воды с ними не менее 1,5 мин.
Связывание свободной углекислоты может быть достигнуто добавлением в
воду извести или едкого натра; при этом свободная углекислота переходит
последовательно в бикарбонат-ион и карбонат-ион.
Примером химического метода удаления из воды сероводорода может
служить обработка воды хлором
2H2S+5Cl2+4H2O-»S + H2SO4 + 10HCI. C-63>
Для этой же цели можно рекомендовать озонирование воды.
Недостатки химических методов дегазации воды: применение реагентов, у -
ложияющих и удорожающих процесс обработки воды; ухудшение качества
воды при нарушении дозировки реагентов.
Сущность физических методов удаления из воды растворенных газов
заключается в следующем: дегазируемая вода приводится в соприкосновение
воздухом, если парциальное давление удаляемого газа в воздухе близко к
нулю; обеспечивают условия, при которых растворимость газа в воде
становится близкой к нулю.
244

С помощью первого метода, т.е. аэрации воды, обычно удаляют свободную
углекислоту, метан и сероводород, поскольку парциальное давление этих
газов в атмосферном воздухе близко к нулю. Второй метод используют при
обескислороживании воды, так как при значительном парциальном давлении
кислорода и атмосферном воздухе аэрацией воды кислород из нее удалить нельзя.
Для удаления кислорода из воды ее доводят до кипения, при котором
растворимость всех газов в воде падает до нуля. Вода доводится до кипения либо с
помощью ее нагрева (термическое деаэрирование), либо с помощью
понижения давления (вакуумирование).
Дегазацию воды в процессе водоподготовки осуществляют на дегазаторах
различных типов.
Пленочные дегазаторы (рис. 3.39) представляют, собой колонны,
загруженные насадкой (деревянными, керамическими или пластмассовыми кольцами и
др.), по которой вода стекает тонкой пленкой. Насадка служит для создания
развитой поверхности контакта воды и воздуха, нагнетаемого вентилятором
навстречу потоку воды.
Барботажные дегазаторы — это аппараты, в которых через пленочный слой
медленно движущейся дегазируемой воды продувается сжатый воздух. Из-за
сравнительно большого расхода электроэнергии на компрессию воздуха
используются редко.
Вакуумные дегазаторы (рис. 3.40) представляют собой аппараты, в
которых с помощью специальных устройств (вакуум-насосов, паро- или
водоструйных эжекторов) создастся пониженное давление, при котором вода кипит при
данной температуре, чем обеспечивается ее дегазация.
При водоиодгетовке обычно применяют пленочные дегазаторы и для
обескислороживания воды — вакуумные или термические. При проектировании
пленочных дегазаторов определяют площадь поперечного сечения аппарата,
расход воздуха, площадь поверхности насадки и необходимый напор,
развиваемый вентилятором.
Для глубокого удаления из воды свободной углекислоты (до 3-5 мг/дм )
следует применять дегазаторы с насадкой из пластмассовых колец или из колец
Рашига (керамических), либо вакуумно-эжкционные аппараты.
Умягчение воды диализом. Диализ — метод разделения растворенных
веществ, значительно отличающихся молекулярными массами. Он основан на
разных скоростях диффузии этих веществ через полупроницаемую мембрану,
разделяющую концентрированный и разбавленный растворы. Под действием
градиента концентрации (по закону действующих масс) растворенные
вещества с различными скоростями диффундируют через мембрану в сторону
разбавленного раствора. Растворитель (вода) диффундирует в обратном
направлении, снижая скорость переноса растворенных веществ. Диализ осуще-
245

I Дегазированная вода
Рис. 3.39. Схема пленочного дегазатора: 1 —
корпус; 2 — насадка из колец Рашига; 3 —
газоотводный патрубок; 4 — оросительные патрубки; 5 —
распределительная плита
Дегазированная л.
вода 7
Рис. 3.40. Схема вакуумного дегазатора: / — водораспределительная
тарелка; 2 — насадка из колец Рашига; 3 — дырчатое днище; 4 —
патрубок для отсоса газов; 5 — места установки водомерных стекол
ствляют в мембранных аппаратах с нитро- и ацетатцеллюлозными
пленочными мембранами.
Эффективность полупроницаемой мембраны для умягчения воды
определяется высокими значениями селективности и водопроницаемости, которые она
должна сохранять в течение продолжительного времени работы.
Для получения воды для хозяйственно-питьевых нужд обычно умягчалась
лишь ее некоторую часть с последующим смешиванием с исходной водой, при
этом количество умягчаемой воды 6у определяют по формуле
fiy = 100[{Жо „ - Ж„ с)/(Ж0 „ - Жу)], C.64)
где Ж Дос"^ — общая жесткость, мг-экв/дм3 исходной воды, воды,
поступающей в сеть, и умягченной воды.
Термический метод умягчения воды целесообразно применять при
использовании карбонатных вод для питания котлов низкого давления, а также в со-
246

четании с реагентными методами умягчения воды. Он основан на смещении
углекислотного равновесия при ее нагревании в сторону образования
карбоната кальция. Равновесие смещается за счет понижения растворимости
оксида углерода (IV), вызываемого повышением температуры и давления.
Кипячением можно полностью удалить оксид углерода (IV), и тем самым
значительно снизить карбонатную кальциевую жесткость. Однако полностью устранить
указанную жесткость не удается, поскольку карбонат кальция хотя и
незначительно A3 мг/дм3 при температуре 18 °С), но все же растворим в воде.
При наличии в воде гидрокарбоната магния процесс его осаждения
происходит следующим образом: вначале образуется сравнительно хорошо
растворимый (ПО мг/дм3 при температуре 18 СС) карбонат магния, который при
продолжительном кипячении гидролизуется, в результате чего выпадает
осадок малорастворимого (8,4 мг/дм3) гидроксида магния. Следовательно, при
кипячении воды жесткость, обусловливаемая гидрокарбонатами кальция и
магния, снижается. При кипячении воды снижается также жесткость,
определяемая сульфатом кальция, растворимость которого падает до 0,65 г/дм'.
Известковый метод используют для частичного устранения из воды
карбонатной жесткости (т.е. для снижения щелочности воды). Самостоятельного
распространения он не получил; обычно его сочетают с содовым или катионито-
вым методом. Введение в воду гашеной извести в виде известкового молока
или раствора в первую очередь вызывает нейтрализацию свободной
углекислоты, растворенной вводе, с образованием малорастворимого
декантирующего карбоната кальция
Са(ОНJ +С02 =СаС031+Н20. C.65)
Добавление извести в количестве, большем, чем необходимо для
нейтрализации свободной углекислоты, вызывает распад бикарбонатов, в результате
которого из воды выделяется карбонат кальция:
Са(НС03J + Са(ОНJ = 2СаС024 +2Н20. C.66)
Дальнейшее введение в воду извести приводит к гидролизу магниевых
солей и образованию малорастворимого гидроксида магния Mg(OH),, который
прирН > 10,2-10,3 выпадает в осадок:
m^k + ^gca СаСОз^!М C.о7)
Mgco3 Mg(OHJ4 i
Известкованием устраняют из воды и некарбонатную магниевую жесткость
при условии, что рН воды будет ниже 10,2:
247

248

^+Ca(OH)^Mg(OHJU^i C.68)
MgCU CaCl2
Приведенные уравнения показывают, что магниевая жесткость устраняется,
но значение общей жесткости остается неизменным, так как магниевая
жесткость заменяется кальциевой, некарбонатной. Следовательно, известкованием
воды может быть в той или иной мере (в зависимости от условия реакции)
устранена карбонатная и магниевая жесткость воды, но не может быть
снижена некарбонатная жесткость.
Известково-содовый метод умягчения воды применяют для устранения
карбонатной и некарбонатной жесткости, вводя в воду известь и соду. Химизм
процесса описывается реакцией
^§2i + Na C03 =^2i + CaC034. C.69)
СаС12 2 3 2NaCl 3
После добавления в воду щелочных реагентов происходит мгновенное
образование коллоидных соединений СаС03, и Mg (OHJ, однако их переход от
коллоидного состояния в грубодисперсное, т.е. в то состояние, при котором
они выпадают в осадок, занимает длительное время, измеряемое часами.
Снижение щелочности воды при известковании зависит главным образом от
ее температуры при соблюдении оптимальных доз реагентов. Так, при
известковании воды без подогрева остаточная щелочность ее составляет не менее
0,7 мг-экв/дм\ а при подогреве до 80-90 °С можно достичь снижения
щелочности до 0,2-0,3 мг-экв/дм3. Глубина умягчения воды при известково-содовом
методе соответственно равна: без подогрева воды 1-2 мг-экв/дм , при
подогреве воды до 80-90 °С 0,2-0,4 мг-экв/дм3
Едконатровый метод умягчения воды описывается следующими
химическими реакциями:
С02 + NaOH = Na2C03 + H20 ; C.72)
M^±+2NaOH=^^ + Mg(OH)^. C.73)
MgCl2 2NaCl
249

Из приведенных реакций следует, что едкий натр в процессе умягчения воды
расходуется на устранение карбонатной и магнезиальной жесткости и
нейтрализацию свободной углекислоты, а сода, образующаяся при распаде
бикарбонатов и нейтрализации угаекислоты, используется на удаление кальциевой
некарбонатной жесткости. Следовательно, едконатровое умягчение воды
целесообразно применять при наличии такого соотношения между карбонатной
жесткостью, содержанием свободной углекислоты и кальциевой некарбонат-
ной жесткостью, когда образующейся соды при распаде бикарбонатов и
взаимодействии со свободной углекислотой достаточно для удаления кальциевой
некарбонатной жесткости, т.е. справедливо равенство
Жа+Щ = 2Жк+[С02], C.74)
гдеЖа — кальциевая некарбонатная жесткость исходной воды, мг-экв/дм'; Щ
— елочность умягченной воды, мг-экв/дм ; Жк — карбонатная жесткость
исходной воды, мг-экв/дм3; 2Жк — количество соды, образующейся при
взаимодействии едкого натра с карбонатной жесткостью, мг-экв/дм3; С02 —
содержание свободной углекислоты в исходной воде, мг-экв/дм'.
При нарушении равенства едконатровый метод умягчения воды применять
нельзя. При условии BЖк + С02) > QKCl + С02) в обрабатываемую воду
необходимо вводить известь, а при BЖк + С02) < (ЖСа + Щ) — соду.
Глубина умягчения воды при едконатровом методе такая же, как и при изве-
стково-содовом, т.е. остаточная жесткость практически около 1 мг-экв/дм , а
при подогреве умягченной воды — 0,2-0,4 мг-экв/дм3.
Фосфатный метод умягчения воды при использовании тринатрийфосфата
является наиболее эффективным реагентным методом. Химизм процесса
умягчения воды тринатрийфосфатом описывается реакциями:
iC?(HC02k + 2N po Ca^U 75}
3Mg(HC03J 3 4 Mg3(P04J4 "
3CaS°< I 2Мз РО - Саз(РО<>^ | 3Na2S°4 C 76)
3MgCI2 2 " Mg3(P04J4 6NaCI '
Как видно из приведенных реакций сущность метода заключается в
образовании кальциевых и магниевых солей фосфорной кислоты, которые обладают
малой растворимостью в воде и поэтому достаточно полно выпадают в осадок.
Фосфатное умягчение обычно осуществляют при подогреве воды до 105-
150 °С, достигая ее умягчения до 0,02-0,03 мг-экв/дм3. Из-за высокой
стоимости тринатрийфосфата фосфатный метод обычно используют для доумягче-
ния воды, предварительно умягченной известью и содой.
250

Катионитовый метод умягчения воды основан на способности некоторых
практически нерастворимых в воде веществ, называемых кяхионитами,
обменивать содержащиеся в них активные группы катионов (натрия, водорода и
др.), на катионы кальция или магния воды, определяющие ее жесткость.
Умягчаемую воду фильтруют через слой катионита, при этом катионы кальция и
магния из воды переходят в катиониты, а в воду переходят катионы натрия или
водорода. Катионитовый метод позволяет достичь глубокого умягчения воды
@,01-0,02) мг-экв/дм"\ Обменная способность катионита постепенно
истощается. Ее можно восстановить, пропуская через катионит раствор поваренной
соли, серной или соляной кислоты. В зависимости от того, каким реагентом
отрегенерирован катионит, различают Na-катионит (обменный катион натрия
при регенерации поваренной солью) или Н-катионит (обменный катион
водорода при регенерации кислотой).
Химизм процесса Na-катионирования описывается реакциями:
2NA[K] + Са(НС°зJ О -^В^- + 2NaIlC03; C-77)
Mg(HC03J Mg[KJ2
2Na[K] + -^ о -^Щ + 2NaCl; C.78)
L J MgCl Mg[K]
2Na[K]+^±- <=> -^^k + Na2S04; C.79)
1 J MgS04 Mg[K]2 2
2Na[K]+C^0 Ca^ + N s.0
MgSiOj Mg[K]2
В приведенных реакциях символом [К] обозначен комплекс катионита,
практически нерастворимый в воде. Из этих реакций видно, что жесткость
профильтрованной через катионит воды устраняется, а щелочность ее остается
эквивалентной карбонатной жесткости умягчаемой воды. Поэтому чем
больше карбонатная жесткость умягчаемой воды, тем выше и щелочность
умягченной.
Процесс Н-катиоиирования описывается реакциями:
L J Mg(HC03J Mg[K]2
1 MgCl Mg[K]2
251

2H[K] 4- Na2S04 <=> 2Na[K] + H2S04; C.85)
H[K]+NaCl О Na[K] + HCI. C.86)
Приведенные реакции показывают, что в результате Н~катионирования в
умягченной воде образуются минеральные кислоты в количестве
эквивалентном содержанию сульфатов и хлоридов в исходной воде, а также свободная
углекислота (за счет карбонатной жесткости исходной воды).
Таким образом, после натрий-катионирования получается щелочной
фильтрат а после водород-катионирования кислый. Смешивая оба фильтрата в
определенной пропорции, можно получить практически полностью умягченную
воду с заданной величиной ее щелочности. В этом состоит сущность
умягчения воды по схеме H-Na-катионирования.
Каждый катионит обладает определенной обменной способностью, которая
выражает то количество катионов, которое может задержать (обменять)
катионит в течение фильтроцикла, В практике водоподготовки обменную
способность катионита выражают в грамм-эквивалентах задержанных катионов на
I м3 катионита, находящегося в разбухшем состоянии после пребывания в воде,
т.е. в рабочем состоянии. Различают полную и рабочую обменные способно
ти катионита.
Полной обменной способностью называется то количество грамм-экви
лентов кальция и магния, которое может задержать 1 м3 катионита, находя
гося в рабочем состоянии, до того момента, когда жесткость фильтрата ср
няется с жесткостью исходной воды. Рабочей обменной способностью ка
нита называется количество грамм-эквивалентов катионов кальция и ма
которое задерживается 1 м3 катионита до момента проскока в фильтрат i
торой жесткости, превышающей норму. Отношение обменной способно
ко всему объему катионита, загруженного в фильтр, называют- емкостью
глощения и выражают так же, как и обменную способность, в г-экв/м . ^
Фильтроцикл на катионитовом фильтре продолжают до момента проск
фильтрат жесткости. Тогда фильтр отключают на регенерацию. Регенер
катионитового фильтра состоит из трех последовательных операций, взр
ления, собственно регенерации и отмывки катионита. гЯчно
Взрыхление катионита производится током воды снизу вверх анало
промывке песка в осветительных фильтрах. Эта операция ликвидирует
252

сованность катионита, которая получается при фильтровании под давлением
и которая может привести к неравномерному прохождению регенерирующего
pactbopa через толщу катионита и, следовательно, к неполной его
регенерации. При взрыхлении удаляются измельченные частицы катионита, что
предотвращает заклинивание щелей дренажа; а также частицы взвеси, осевшие
на ионообменнике и снижающие его активность.
Собственно регенерация заключается в фильтровании регенерирующего
раствора через слой катионита. При регенерации Na- или Н-катионита ионы Na*
или tf, содержащиеся в регенерирующем растворе, вытесняют из катионита
катионы (Са2*, Mg2*), задержанные при рабочем цикле фильтрования, которые
переходят в раствор. Катеонит же, вновь обогащенный обменными катионами
Na+ или Н*, восстанавливает свою обменную способность. Химизм регенерации
катионита описывается реакциями:
Са[К]з +2NaClo2Na[K]+-^4 C.87)
Mg[K]2 MgCl
+ H2S04 О 2Н[К]+ A-. C.88)
Mg[K]2 MgS04
Заключительная операция регенерации катионита состоит в отмывке его от
избытка регенерирующего раствора и продуктов регенерации (соединений
кальция и магния, вытесняемых из катионита). Отмывку производят обычно
током воды сверху вниз. После отмывки катионита фильтр вновь включают в
работу.
Выбор схемы катионитового умягчения воды зависит главным образом от
тех требований, которые предъявляют к умягченной воде, а также от качества
исходной воды. Наиболее простой является установка, состоящая из одной
ступени Ка-катионитовых фильтров. Сущность работы такой установки
заключается в однократном (одноступенчатом) фильтровании воды через Na-ка-
тионит. Количество фильтров в установке принимают не менее двух, чтобы не
прерывать полезной работы установки во время регенерации. Большим
преимуществом такой схемы по сравнению с Н-катионитовыми фильтрами
является то, что отсутствуют вода и растворы с кислой реакцией и, следовательно,
вет необходимости в применении кислотостойкой арматуры, труб и защитных
покрытий самих фильтров. Кроме того, от установки не поступают в
канализацию кислые стоки, требующие нейтрализации.
Применение такой схемы, может быть рекомендовано в следующих
случаях: 1) когда не лимитируется щелочность умягченной воды или когда
предельно допускаемая щелочность ее не превышает карбонатной жесткости исход-
253

ной воды; 2) при общей жесткости исходной воды не более 10 мг-экв/дм и при
условии что жесткость фильтрата допускается 0,1-0,2 мг-экв/дм3.
Схеме одноступенчатого Na-катионирования свойственны и серьезные
недостатки, которые в ряде случаев ограничивают ее, применение:
практическая, невозможность глубокого умягчения воды; относительно высокий
удельный расход соли на регенерацию фильтров; неполное использование емкости
поглощения фильтра.
Этих недостатков нет в схемах двухступенчатого Na-катионирования. При
такой схеме фильтрование воды на фильтрах первой ступени производится не
до проскока в фильтрат повышенной жесткости, а до тех пор, пока жесткость
фильтрата не достигнет 25-30 % жесткости исходной воды. Следовательно,
емкость поглощения фильтров 1-й ступени более высокая, чем при
одноступенчатом умягчении, и приближается к полной. Ввиду того, что основная
масса катионов жесткости задерживается в фильтре 1-й ступени, фильтры 2-й
ступени несут незначительную нагрузку по жесткости и рабочий цикл на них
обычно длится 150-200 ч. За весь этот период фильтры дают глубокоумягчениую
воду @,01-0,02 мг-экв/дм3).
При двухступенчатом Na-катионироваиии удается снизить расход соли на
регенерацию. Эта экономия достигается за счет снижения удельных расходов
соли на регенерацию фильтров 1-й ступени 120-150 г на 1 г-экв поглощенных
катионов (вместо 200-225, при одноступенчатом катионировании).
Фильтры 2-й ступени, наоборот, регенерируют с применением повышенных
удельных расходов соли C00-400 г на1 г-экв поглощенных катионов), однако
из-за того, что эти фильтры регенерируются сравнительно редко, общий
расход соли уменьшается по сравнению с расходом ее на установках
одноступенчатого Na-катионирования. Схема двухступенчатого Na-катионирования
особенно целесообразна при умягчении вод высокой жесткости (8-10 мг-экв/дм ).
Описанные выше схемы Na-катионирования становятся непригодными в тех
случаях, когда карбонатная жесткость исходной воды превышает щелочность
умягченной воды. В этих случаях необходимо принимать дополнительные
меры по устранению щелочности воды или доведению ее до допустимых
пределов.
Наиболее простым способом снижения щелочности воды, умягченной на
Na-катионитовых фильтрах, является подкисление ее серной или соляной
кислотой с последующим удалением выделяющейся при нейтрализации
щелочности свободной углекислоты. Такой прием можно применять в тех случаях,
когда увеличение солесодержания воды за счет ее подкисления не
препятствует дальнейшему использованию этой воды. Чаще же снижение щелочности
воды достигается применением H-Na-кагионирования или смешанного
способа умягчения — реагентно-катионитового. В последнем случае карбонатная
254

жесткость исходной воды перед ее последующим Na-катионированием
устраняется известкованием.
На рис. 3.41, а показана часто применяемая схема так называемого
параллельного H-Na-катионирования. Оба фильтрата смешиваются в определенной
пропорции и подаются в дегазатор для удаления из воды свободной
углекислоты, которая образуется при распаде бикарбонатов в процессе Н-катиониро-
вания и при смешивании Н- и Na-катионированных вод. Для взрыхления
используют обычно воду после отмывки катионита (за исключением первых ее
порций, сбрасываемых в канализацию, так как они содержат большое
количество катионов жесткости). Использование этой воды позволяет снижать
расходы воды на нужды катионитовой установки.
При необходимости постоянного и глубокого умягчения воды (до 0,03 мг-
экв/дм3) схему, приведенную на рис. 3.41, а приходится дополнять "Na-катони-
товыми фильтрами 2-й ступени, так как при практически приемлемой системе
контроля за работой катионитовых фильтров при одноступенчатом катиони-
ровании трудно уловить начало проскока жесткости в фильтрат и,
следовательно, предотвратить периодическое ухудшение ее качества. Большим
преимуществом схем параллельного H-Na-катионирования является возможность
снижения щелочности воды до 0,3-0,4 мг-экв/дм , что обычно не достигается
при иных схемах H-Na-катионирования. Такую схему умягчения воды
рекомендуется применять, если концентрация сульфатов и хлоридов в исходной
воде не превышает 4 мг-экв/дм3, а содержание натрия - - не более 2 мг-экв/дм3.
Другим часто применяемым приемом катионитового умягчения воды
является так называемое последовательное H-Na катионирование (рис.3.41, б).
Сущность его заключается в том, что часть общего потока умягчаемой воды
пропускается через Н-катонитовые фильтры, затем смешивается с остальной
частью умягчаемой воды с целью нейтрализации кислотности фильтрата и
пропускается через дегазатор. Из промежуточного бака вода прокачивается
насосами для доумягчения через Na-катионитовые фильтры. Если
предъявляются повышенные требования к глубине умягчения и если жесткость исходной
воды значительна (свыше 8 мг-экв/дм'1), то после Na-катионитовых фильтров
вода прокачивается еще через Na-катионитовые фильтры 2-й ступени.
При работе по схеме последовательного H-Na-катионирования можно более
полно использовать емкость поглощения Н-катионитового фильтра, так как
при последующем пропуске всей умягчаемой воды через Na-катнонитовые
фильтры отключение Н-катионитовых фильтров на регенерацию производят
не по проскоку катионов Са2+ и Mg2* в фильтрат, а при достижении
определенной жесткости (~1 мг-экв/дм3). Остаточная щелочность умягченной воды,
обработанной по такой схеме, составляет ~0,7 мг-экв/дм . Схему
последовательного H-Na-катионирования рекомендуется применять при повышенных
жесткости и солесодержании умягчаемой воды.
255

исходная
вода
со2
1 | *" умягченная вода
Lj-Ц л- потребителя^
ЩЯ ?W
Л
и?
к*-
d
10
умягченная еода
к потребителю
Рис. 3.40. Схемы установок для параллельного и последовательного H-Na-катионирования: / — со
лерастворитель; 2 — Н-катионнтовыЙ фильтр; 3 — бак с водой для взрыхления загрузки фильтров^
— Na-катионнтовый фильтр; 5 — дегазатор; 6 — вентилятор; 7 — сборный бак; 8 — насос, У
промежуточный бак; 10 — бак с кислотой
Простейшей схемой H-Na-катионирования является совместное H-Na-кати-
онирование которое осуществляется в одном и том же фильтре, одновременно
снижая щелочность фильтрата (до 1-138 мг-экв/дм3) и достаточно глубоко его
умягчая. Возможность такой работы фильтров обусловливается тем, что
верхний слой катионита в фильтре подготовлен для работы по циклу Н-катиониро-
вания, а нижний слой — по циклу Na-катионитового умягчения.
Преимуществом метода является отсутствие кислых сбросных вод, в связи, с чем не
требуется их нейтрализация, а недостатком — сравнительная сложность
проведения регенерации.
Совместное H-Na-катионирование может применяться, когда требования к
умягченной воде не слишком высоки (жесткость до 0,1-0,3 мг-экв/дм и Ше"
256

точность нс ниже 1 мг-экв/дм3). При этом жесткость исходной воды должна
быть нс более 6 мг-экв/дм3, а содержание натрия — не более 1 мг-экв/дм3.
3.19. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛАВЕ 3
1. Абрамов Н. Н. Водоснабжение. — М.: Стройиздат, 1982. — 480 с.
2. Николадзе Г. И. Водоснабжение. — М.: Стройиздат, 1989. — 497 с.
З.Львович М. И. Вода и жизнь. — М.: Мысль, 1986. — 256 с.
4. Гусаковский В. Б., Вугминскоя Е. Э. Водоснабжение промышленных предприятий.
2003.
5. Иванов В. Г. Водоснабжение промышленных предприятий. — СПб: Петербуржс-
кий госуниверситет путей сообщений, 2003. ■— 537 с.
6. Вурдова И. Г., Фомичев В. Т. Электродиализ природных и сточных вод. 2001.
7. Кожинов В. Ф. Очистка питьевой и технической воды. — М.: Стройиздат, 1974. ■—
302 с.
8. Воды России 1991-1995 гг. (Состояние, использование, охрана).
9. Черняев А. М., Прохорова Н. Б., Белова Л, П. и др. Воды России (Состояние,
использование, охрана) 1996-2000 гг. — Екатеринбург: Изд. «Виктор», 1997. — 128 с.
10. Черняев AM., Прохорова Н.Б., Белова Л.П. и др. Воды России (Состояние,
использование, охрана), 2002. — Екатеринбург: Изд. РосНИИВХ, 2003. — 135 с.
11. Кучеренко Д. И., Гладков В. А. Оборотное водоснабжение.—М.: Стройиздат, 1980.
— 170 с.
М.Вахяер Б.Л. Водоснабжение и водоотведение на металлургических
предприятиях. Справочник. — М.: Металлургия, 1977. — 320 с.
УЬ.Шабалин А. Ф. Оборотное водоснабжение промышленных предприятий. — М.
Стройиздат, 1972. — 296 с.
М.Назаров В. Д., Гурвич Л. М„ Русакович А. А Водоснабжение в нефтедобыче. —
Уфа: Виртуал, 2003. — 50! с.
М.Кулъский Л. А. и др. Справочник по свойствам, методам анализа и очистки воды.
В 2-х частях. — Киев: Наукова думка, 1980. — 1206 с.
16-Дрикср Б. П., Смирнов С. В. О механизме ингибироваиия минеральных
отложений органическими фосфонатами // Энергосбережение и водоподготовка. № 1. 2003
С 39-41.
17. Дрикер Б. Н., Смирнов С. В Использование органофосфонатов и композиций на
их основе для предотвращения отложений, коррозии и биообрастаний в оборотных
Циклах водоснабжения промпредприятий и на энергетических объектах.
1%-Насчетникова О. Б. Технико-экологические проблемы современных систем ЖКХ
и пути их решения с применением энергоинформационных технологий // Стройкомп-
лекс Среднего Урала. № 10 (82) 2004. С. 54-56.
Ю.Андонъее С Af. Испарительные охлаждения металлургических печей. — М.:
Металлургия, 1970. — 420 с.
20,Экватэк-2004. Материалы шестого международного конгресса «Вода: экология и
технология». В 2-х томах. — М., 2004. — 1195 с.
257

2\.Пупырев Е. И. Экологические аспекты внедрения европейских стандартов
качества питьевой воды в России // ВиСТ. 2004. №7. С. 2-7.
22. Рябчиков Б. Е. Современные методы подготовки воды для промышленного и
бытового использования. — М.: Де Ли принт, 2004. — 304 с.
23.БрыкМ.Т. и др. Применение мембран для создания систем кругового водопотреб-
ления. — М. Химия, J 990. — 40 с.

Глава 4.
ПРОМЫШЛЕННОЕ ВОДООТВЕДЕНИЕ. СТОЧНЫЕ ВОДЫ.
ОБРАЗОВАНИЕ. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
Сточная вода—это вода, использованная в промышленности, сельском либо
коммунальном хозяйстве, а также прошедшая через какую-либо загрязненную
территорию.
Хозяйственно-бытовые воды — это стоки душевых, бань, прачечных,
столовых, туалетов, от мытья полов и др. Они содержат примеси, из которых
примерно 58 % — органические вещества и 42 % — минеральные.
Атмосферные воды (лжневка) — это воды, образующиеся в результате
выпадения атмосферных осадков истекающие с территорий прерпржпш. Они
загрязняются органическими и минеральными веществами.
Промышленные сточные воды представляют собой жидкие отходы, которые
возникают при добыче и переработке органического и неорганического
сырья, эксплуатации оборудования, получении различной промышленной
продукции.
Сточные воды могут содержать в растворенном и нерастворенном виде
большое количество примесей различного химического и фазового состава. Для
понимания и систематизации задач, связанных с очисткой сточных вод, весь-
Таблица 4.1
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИМЕСЕЙ, ПРИСУТСТВУЮЩИХ В ВОДЕ,
ПО ИХ ФАЗОВО-ДИСПЕРСНОМУ СОСТОЯНИЮ
Группа Размер частиц, мкы Характеристика примесей
1—-взвеси
II ■— коллоидные растворы
III — молекулярные растворы
IV— ионные растворы
Гетерогенная система
1(Г'
НГ'-КГ1
Гомогенная система
КГ'-КГ3
ю~3
Суспензии и эмульсии,
обусловливающие мутность
воды, а таких
микроорганизмы и планктон
Коллоиды и
высокомолекулярные соединения,
обусловливающие окисляе-
мость и цветность воды, а
также вирусы
Газы, растворимые в воде,
органические вещества,
придающие ей запахи и
привкусы
Соли, основания, кислоты,
придающие воде мииерали-
зованность, жесткость,
щелочность или кислотность
259

ма удобна классификация примесей Л. А. Кульского, приведенная в табл. 4.1.
В ней все сточные воды, в зависимости от физике—дисперсного состояния,
разбиты на четыре группы, каждая из которых характеризуется особыми
свойствами.
Иногда выделяют химическое, физическое и биологическое загрязнения.
Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных
химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных
примесей как неорганических (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые
частицы), так и органических (нефтепродукты, нефть, ПАВ, пестициды,
органические остатки).
Физическое загрязнение связано с изменением физических параметров
водной среды и определяется тепловыми, механическими и радиоактивными
примесями.
Биологическое загрязнение заключается в изменении свойств водной среды
в результате увеличения количества не свойственных ей видов
микроорганизмов, растений и животных (бактерии, грибы, простейшие, черви),
привнесенных извне.
Загрязненные производственные сточные воды содержат различные
примеси и подразделяются на три группы:
• загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия
металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей
промышленности; заводы по производству минеральных удобрений, кислот,
строительных изделий и материалов и др.);
• загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия
мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, химической,
микробиологической промышленности; заводы по производству пластмасс,
каучука и др.);
• загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия
нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, текстильной,
легкой, фармацевтической промышленности; заводы по производству
консервов, сахара, продуктов органического синтеза, бумаги, витаминов и ЛР-)-
По концентрации загрязняющих веществ производственные сточные воды
разделяются на четыре группы: 1-500,500-5000,5000-30 000, более 30 000 мг/дм .
Производственные сточные воды могут различаться по физическим
свойствам загрязняющих их органических продуктов (например, по температуре
кипения: менее 120, 120-250 и более 250 °С).
По степени агрессивности эти воды разделяют на слабоагрессивные
(слабокислые с рН = 6*6,5 и слабощелочные с рН = 8*9), сильноагрессивные
(сильнокислые с рН < б и сильнощелочные с рН > 9) и неагрессивные (с рН = 6,5 ->-8).
Кроме того, загрязненные производственные сточные воды
классифицируются по содержанию токсичных и опасных в эпидемиологическом отношении
260

веществ и примесей, а также по наличию концентрированных отходов
производства, не подлежащих спуску в водоотводящую сеть.
Незагрязненные производственные сточные воды поступают от
холодильных, компрессорных, теплообменных аппаратов. Кроме того, они образуются
при охлаждении основного производственного оборудования и продуктов
производства. Эти воды нагреты и, как правило, после охлаждения используются
повторно.
На различных предприятиях, даже при одинаковых технологических
процессах, состав производственных сточных вод, режим водоотведения и
удельный расход на единицу выпускаемой продукции весьма разнообразны.
Большое значение в формировании состава производственных сточных вод
имеет вид перераба:гываемого сырья. Так, например, основным загрязняющим
компонентом сточных вод на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих
предприятиях является нефть; на рудообогатительных фабриках — руда; на
мясокомбинатах отходы мяса, непереваренная пища животных; на бумажных
фабриках — целлюлозные волокна; на фабриках первичной обработки
шерсти (ПОШ) — жир, шерсть и т.д. Состав сточных вод зависит также от
технологического процесса, применяемых компонентов, промежуточных
изделий и продуктов, выпускаемой продукции, состава исходной свежей воды,
местных условий и др.
Для разработки рациональной схемы водоотведения и оценки возможности
повторного использования производственных сточных вод изучается их
состав и режим водоотведения. При этом анализируются физико-химические
показатели сточных вод и режим поступления в водоо'гводящуто сеть не только
общего стока промышленного предприятия, но и сточных вод из отдельных
цехов, а при необходимости от отдельных аппаратов.
В анализируемых сточных водах должны определяться: содержание
компонентов, специфичных для данного вида производства (фенолов,
нефтепродуктов, поверхностно-активных, ядовитых, радиоактивных, взрывоопасных
веществ); общее количество органических веществ, выражаемое ВПК и ХПК;
активная реакция; интенсивность окраски; степень минерализации; наличие
биогенных элементов и др. В зависимости от технологии производственных
процессов анализ состава сточных вод производится по разовым часовым, сред-
Несменным и среднесуточным пропорциональным пробам; следует также
составлять графики колебания концентраций наиболее характерных
загрязнений по часам смен, суток, дням недели. Необходимо установить такие
параметры, как кинетика оседания или всплывания механических примесей и их
объем, возможность коагулирования сточных води др. Эти данные позволяют
выбрать наиболее целесообразный и экономически обоснованный метод
очистки сточных вод для определенного предприятия.
261

Ориентиром для создания комплекса очистных сооружений, использующих
различные методы очистки, служат значение предельно допустимых
концентраций (ЦЦК) вредных веществ в воде водоемов (табл. 4.2). Здесь приведены
только ЦЦК неорганических веществ, поскольку перечень ЦЦК органических
веществ слишком велик.
Ест и другой взгляд на изменение качества природных вод под влиянием
деятельности людей:
• снижение рН пресных вод в результате их загрязнения серной и азотной
кислотами из атмосферы, увеличение содержания в них сульфатов и
нитратов; повышение содержания ионов кальция, магния, кремния в подземных и
Речных водах вследствие вымывания и растворения подкисленными
дождевыми водами карбонатных и других горных пород;
• повышение содержания в природных водах ионов тяжелых металлов, прежде
всего, свинца, кадмия, ртути, мышьяка и цинка, а также фосфатов (>0,1 мг/
Дм), нитратов, нитритов и др.;
" повышение содержания солей в поверхностных и подземных водах в
результате их поступления со сточными входами, из атмосферы и за счет смыва
твердых отходов (например, солесодержание многих рек ежегодно
повышается на 30-50 мг/дм3 и более; из 1000 т городских отходов в грунтовые воды
попадает до 8 т растворимых солей);
' повышение содержания в водах органических соединений, прежде всего,
биологических стойких (ПАВ, пестицидов, продуктов их распада и других
Токсичных, канцерогенных и мутагенных веществ);
■ снижение содержания кислорода в природных водах, прежде всего, в
результате повышения его расхода на окислительные процессы, связанные с
эмрофикацией водоемов, с минерализацией органических соединений, а
также вследствие загрязнения поверхности водоемов гидрофобными
веществами и сокращения доступа кислорода из атмосферы (в отсутствие кислорода в
воде развиваются восстановительные процессы, в частности сульфаты
восстанавливаются до сероводорода);
• снижение прозрачности воды в водоемах (в загрязненных водах
размножаются вирусы и бактерии, возбудители инфекционных заболеваний);
• потенциальная опасность загрязнения природных вод радиоактивными
изотопами химических элементов.
Источниками образования производственных сточных вод является
отдельные технологические агрегаты (станки, печи, различные установки и др.),
технологические линии или их совокупности (непрерывные травильные агрега-
ты, сталеплавильный или прокатные комплексы и др.), цех или группа цехов
(механические и др.), либо все предприятия. Разнородные стоки следуют
обрабатывать индивидуально, разрешая их смешение только в особых случаях.
262

15 11
I I
._, о
о S
о ~ Ъ
И. ^ ri
ff. "O M
(N «О О
C-l СЧ r-J
263

Я - -«1
_ с о
III
I I
5 I
I I
IS
S 5
I I
■* 22 ^ '
i i
ой
2g
I I
Is
I I
If Rife
yi
51 ё S*
1.8 66 |й
INili
264

_ о _ '
г ill
S IIS
III
ы
m
я
"en In £,
00 СЧ CP
— CM —.
HISS
I m*
- I
Hip
II
О ли w
II
x-g
If
ill!
£ S
I
kkkS
ftffiffi
ll
Ш1
<sso!£§'
ifi
265

t.s
I I
£g
I l P
Ъ
I !
Д
о
g*
U
u>
&
£
(С
^
О
С.
и
'1 " I
5 3 >В
* Ч Ё
8ё В.
( & £* Si
' 'g '§ и >£ ;
5 1 е §■:
g I К I :
uoEui
266

1 <=*
1 я
й-
 О О
! I
!g|
267

<-1
I
о
й-
«Л V)
о о
о
о
о
о
о
,Ш *П щ
Г- О О
г> °- о
Л о о
о
о
о
о"
ос>П.
0- is о
too
=> о о*
43
<=>' fe
t/-i ел
-* о
И"
C\ о
a,
и
^
VO VJ_
CA --
t-
s
r-
— о
.у «з
£ EC *
*i
о
а? <D >,
й я а
И oi К
<u С. 4J
R fee
uSu
rs
я
iri
268

Загрязнения воды в промышленном производстве зависит от того, где она ис
пользуется.
Для понимания количества и качества, поступающих в природные
водоисточники РФ загрязнений приведем некоторые статистические данные (табл 4 3
4.4,4.5,4.6,4.7). Отметим, что количество сточных вод по годам было
приведено ранее (табл. 3.3-3.6).
Далее следует обсудить ущерб, наносимый водным объектам.
Длительное функционирование экологически грязных технологий в
промышленности и сельском хозяйстве, сброс недостаточно очищенных
коммунальных, стоков, поступление загрязнений рассредоточенным стоком с
водосборных территорий привело к повсеместному загрязнению поверхностных
водных объектов и ухудшению качества воды в них. Общая сумма ущерба от
загрязнения водных объектов оценивается в 74,2 млрд. руб. Ущерб по отраслям
экономики составляет 66,0 млрд. руб., из них наибольшая доля — 47 %
C1,0 млрд. руб.) — приходится на ущерб, наносимый водным объектам
сельским хозяйством (рис. 4.1) за счет сбросов воды с полей (при орошении)
вместе с гербицидами, пестицидами и т.д., сбросов животноводческих стоков при
размывах (от подтопления и затопления) навозохранилищ, сбросов
неочищенных стоков при сельхозводоснабжении.
Ущерб от пользования водными объектами без изъятии водных ресурсов
(рис. 4.2) составил чуть более 8,0 млрд. руб., из них почти 68 % E,5 млрд.
руб.) — это ущерб, наносимый водным объектам судоходством (табл. 4.3).
Отметим, что система платежей, связанных с использованием водных
объектов, является основой экономического механизма водопользования и одним из
Таблица 4.3
СБРОС ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ ПО ОТРАСЛЯМ, тыс. т
269

Таблица 4.4
СБРОС ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ ПО ОТРАСЛЯМ, т
Отрасль
Всего по
РФ


мышленность,
всего
Год
1991
1992
1993
1994
1995
1991
1992
1993
1994
| L995
Загрязняющие вещества ;
фосфор
общий
57443,1
59797,3
55646,9
44876,4
38146,3
20176,4
19293,6
12998,4
9056,3
6620
азот
обший
128289
96591,3
76629
62643,4
57616,1
63457,5
44161,9
29485
14007,2
14871,8
азот
аммоний-
вый
190683,8
187026,1
160953,9
129935,5
215098
75078,6
74767,6
48655,8
29592,7
26175,4

фенолы
293
219,8
130,5
99,3
85,9
207,8
119,3
66,4
42,8
36,2
СПАВ
11074,7
8915,9
6555,8
4873,2
4222,1
4872,9
3998,3
2711,4
1823,2
1375
нитраты
98077.1
126573,4
140653
137102,3
179629,6
49488,9
49669,7
48004,9
45445,4
46123,1
железо
49114,1
51205,3
48697,4
40928
27726,3
40895,9
42912
41265,6
34248,8
21779,7
медь
811,9
928,6
815,2
318,1
631,3
230,7
174,9
147,2
100,8
94,6
Таблица 4.5
СБРОС ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ
ПО ОТРАСЛЯМ ЭКОНОМИКИ
Отрасль
экономики
Всего по
РФ
Год
1996
1997
1998
1999
2000
органические
вещества
(БПКП)
141,8
135,6
2,2
114,8
127,8
Загря1

нефтепродукты
3,1
3,1
2,2
1,96
1,8
Отрасль
экономики
Всего по
РФ

Промышленность,
всего
Загрязняющие оещества, тыс. т
взвешенные
вещества
сульфаты
263
214,2
217.6
195
231^
1072
1861,7
1708,8
1435,7
1525,5
хлориды
1515,4
2905,5
6450,6
6142
6091,6
Год
Продолжение таЬл. 4.5
1996
1997
1998
1999
2000
1996
1997
1998
1999
2000
фосфор
общий
32390,5
31173,9
30237,6
26525
26433,2
Загрязнякмцие вещества
азот
аммонийный
5755
5381,1
5434,4
3874,2
3907,1
106911,6
97828,6
90510,7
75500,3
84933,5
21792,1
18086,8
15562
14049,4
13892,7
фенолы
78,7
653
62
56,0
66,6
СПАВ
35,2
34
32,6
34,8
34,1
4007,4
3623,3
3386,7
2595,3
_2 854,8
1067,4
847,4
795,2
736,8
791,9
нитраты
188135,2
196246
181665
231317,2
_208453;б_
40959,2
37340
33129
32599
30633,6
железо
медь
192323
19651,1
119703
8368
8232,9
132875,3
13956
6818,3
4051,7
2804,7
207,3
212.5
157,1
286,2
290,4
66,8
60,7
55,2
196,9
201,7
270

Таблица 4.6
СБРОС ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ
ПО ОТРАСЛЯМ ЭКОНОМИКИ
Отрасль
экономики
Всего по РФ

Промышленность, всего
Загрязг<яюп(ие вещества (числитель—тыс. т, знаменател ь — % к 2001 г.)
органические
вещества (ПИКм™)
25075.24
100,7
3568.1
93,7

нефтепродукты
79804.3
98,3
12381.2
96,6
взвешенные
вещества
237176,9
117,8
32205.7
101,6
сульфаты
53.6
100,9
27.3
95,5
хлориды
2561.9
90,3
594,6
90,4
Таблица 4.7
Отрасль
экономики
Всего по
РФ

Промышленность,
всего
Загрязняющие вещества (числитель — тыс. т, знаменатель~ % к 2001 г.)
фосфор
общитй
25075.24
100,7
3568,1
93,7
азот
аммонийный
79804,3
98,3
12381.2
96,6
нитраты
237176.9
117,8
32205.7
101,6
фенолы
53,6
100,9
27,3
95,5
СПАВ
2561.9
90,3
594.6
90,4
алюминий
3286.4
92,9
257.2
103,9
железо
6534.8
92,5
2142,9
84,0
мель
113,1
97,4
3£4
89,9
ЦИНК
506,5
107,3
106,3
77,3
-чч« от загрязнения водных объектов отраслями, забирающими вода: 1 — примышлен.
ность B8 %); 2 — коммунальное хозяйство B2 %); 3 — сельское .хозяйство D7 %); 4 - прочи
ОТОаг.тт II о/л
Рис. 4.1. уЩер6 0Т
ность B8 %); -
отрасли C %)
важнейших источников финансирования водохозяйственных и водоохранных
мероприятий и включает:
* плату за пользование водными объектами;
" плат)' за сброс зшрязняющих веществ.
Правовую основу системы платного водопользования образуют:
-Водный кодекс Российской Федерации A995 г.);
271

5
;_1шяа за забор воды
F4 %); -? — плата за р
водопользование @,5 W)
272

постановлением ГЦГ™ьзования этот закон конкретизируется
порядка определеГГла™ I Г™ "^ ' Г" № 632 «06 W™
«Щей природной «еды m™ ПредеЛЬНЫХ Р^Р0» за загрязнение окружа-
ствия»; ^ СредЫ' Р^Щение отходов, другие виды вредного воздей-
№7^аЛЬНЫЙзакон«О"^езалользованиеЕодным„обьектаМи>>от2001г.
хран?^ГаЬс™ " <<0 ПЛвге М поли~ Е~и объектами распрос-
. «к слеДУЮЩие виды водопользования (рис 4 3)-
забор воды из водных объектов;
•выработка гидроэнергии;
•сброс сточных вод;
шннойГкТ™6 ПОВеРхнос™ых в°даьгх объектов для лесосплава,
организованной рекреации, размещение оборудования и др. водопользование
200000 ■,
1800О0.
160000.
140000■
120000 •
юоооо ■
80000-
боооо-
40000-
20000 4
1991 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
с. .4. Динамика основных показателей водопользования, млн. ы*: 1 — оборотное и повторно-
ледовательное водоснабжение; 2 — общий водозабор; 3 — использование свежей воды; 4 —
У мерный сброс в поверхностные водные объекты; 5 — сброс загрязненных вод
,_!
Хозяйственно-
питьевая
*
| Бода_|
'
'
Техническая
1
Г
1
Поливная
+
I Энергетическая bf^*\ Охлаждающая fa^>| Технологическая
X
Оборотная
Средо-
образующая
Промывная
Реакционная
иная
«к. 4.5. Классификация вод по целевому назначению
273

274

275

276

Ill
ill
^ S 5
•§ I
&&
i'E & S*^ 5 3-
S eg
■|s£
ей 5.
11Й
II
1|Я1
isi!
§s
ii!!!
11
tl
* & J
io ь: s §
я я
Ill
t
II
II
279

280

!
ё
V
К
я ш о
■ а. и [-. W
« Е С § 00
Й | § Р. С
я * С л
а р * ь
ч о к
0J
я-
a gas
и
к
о
К
V
о
Образ
Ё
к
fcf
к сое
£
НИИ
282

285

SI
3 о З Б
л
hi
ше
Hi
S t- я d. С о t > Pc
§5
es
I
H 1!
m
286

Платежной базой является объем забора воды? объем сбросасточных вод или
занимаемая акватория.
Воду, используемую в промышленности, подразделяют на охлаждающую,
технологическую и энергетическую (рис. 4.5).
Вода часто служит для охлаждения жидких и газообразных продуктов в
теплообменных аппаратах. В этом случае ока не соприкасается с
материальными подтоками и не загрязняется, а лишь нагревается. В промышленности
65-80 % расхода воды потребляется для охлаждения.
Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывающую
и реакционную. Средообразующую воду используют для растворения и
образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте
продуктов и отходов производства; промывающую — для промывки газообразных
(абсорбция), жидких (экстракция) и твердых продуктов и изделий;
реакционную — в составе реагентов, а также при азеотропной отгонке и аналогичных
процессах. Технологическая вода непосредственно контактирует с
продуктами и изделиями.
Энергетическая вода потребляется для получения пара и нагревания
оборудования, помещений, продуктов.
Классификация методов очистки сточных вод менялась во времени, что мы
и проследим здесь. Первая классификация включат всего три раздела:
механическую и биохимическую очистку и доочистку. Этой слишком уж общей
классификацией можно пользоваться и сегодня, понимая, что применение
различных, например, физико-химических методов (коагуляция, флокуля!щя и др.)
предусматривается в разделе механической очистки. На рис- 4.6 приведена
классификация, разработанная А. И. Родионовым, В. Н. Клушцным и Н. С. Торо-
чешниковым. Еще более подробная классификация методов очистки сточных
вод в зависимости от ipynnbi примесей дана Е. В. Подосеновой (табл. 4.8).
Все методы можно условно разделить на две части: утилизационные,'когда
выделенные вещества (включая воду) используются вновь-; деструктивные,
когда загрязнители уничтожаются (и повторное использование обработанной
воды не всегда возможно). В этом случае, на наш взгляд удобна следующая
классификация: механические, физико-химические, химические, физические
и биотехнологические методы.
4.1. МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Сточные воды, как термодинамические системы, обладают запасом
внутренней энергии (энергия связи молекул и атомов в структуре веществ
загрязнений, энергия связи веществ с водой) и внешней (механической,
обусловленной движением потока). Этот запас энергии обеспечивает динамическую
287

устойчивость структуры загрязнений. Изменение баланса внутренней и
внешней энергий вызывает нарушение устойчивости состояния загрязнений в
сточных водах. Так, уменьшение кинетической энергии потока сточных вод
приводит к выделению оседающих и всплывающих загрязнений, что успешно
реализуется методами механической очистки. В процессах биохимической
очистки сточных вод используется часть внутренней энергии, иммобилизованной
биоценозами.
Структура загрязнений сточных вод, обусловленная внутренней энергией,
не доступной для биоценозов, не может быть разрушена биологическими и
механическими методами, использующими собственный запас энергии
системы. Сточные воды с такой структурой загрязнений относятся к категориям
трудноокисляемых или стабильных. Как правило, это сточные воды
промышленных производств или воды, уже прошедшие предварительную очистку.
Удаление загрязнений из сточных вод этой категории возможно только при
нарушении их стабильности путем использования внешней энергии в той или
иной форме.
4.1.1. Механические методы
Механическая очистка предназначена для выделения из сточной воды не-
растворенных минеральных, и органических примесей.
Цель механической очистки состоит в подготовке производственных
сточных вод к биологическому, физико-химическому или другому методу более
глубокой очистки. Механическая очистка на современных очистных станциях
состоит из процеживания через решетки, пескоулавливания, отстаивания и
фильтрования. Типы и размеры этих сооружений определяются составом,
свойствами и расходом производственных сточных вод, а также методами их
дальнейшей обработки.
Как правило, механическая очистка является предварительным
окончательным этапом очистки производственных сточных вод. Она обеспечивает
выделение взвешенных веществ из этих вод до 90-95 % и снижение органических
загрязнений (по показателю БПКшлн) до 20-25 %.
Высокий эффект очистки сточных вод достигается различными способами
интенсификации гравитационного отстаивания осветлением во взвешенном
слое (отстойники-осветлители), в тонком слое (тонкослойные отстойники)»с
помощью гидроциклонов.
Процесс более полного осветления сточных вод осуществляется фильтрами"
ей — пропусканием воды через слой различного зернистого материала
(кварцевого песка, гранитного щебня, .дробленого антрацита и керамзита, горелых
пород, чугунолитейного шлака и других материалов) или через сетчатые бара-
288

банные фильтры и микрофильтры, через высокопроизводительные напорные
фильтры и фильтры с плавающей загрузкой — пенополиуретановой или
пенополистирольной. Преимущество указанных процессов заключается в
возможности применения их без использования химических реагентов.
Выбор метода очистки сточных вод от взвешенных частиц осуществляют с
учетом кинетики процесса. Размеры частиц, содержащихся в
производственных сточных водах, могут колебаться в очень широких пределах; для частиц
размером до 10 мкм конечная скорость осаждения составляет менее 1(Г2 см/с.
Если частицы достаточно велики (диаметр более 30-50 мкм), то они могут
легко выделяться отстаиванием или процеживанием, например, через
микрофильтры.
Коллоидальные частицы (диаметром 0,1-1,0 мкм) могут быть удалены
фильтрованием, однако из-за ограниченной емкости фильтрующего слоя более
подходящим методом при концентрациях взвешенных частиц более 50 мг/дм3
является ортокинетическая коагуляция с последующим осаждением или
осветлением во взвешенном слое.
Повышение технологической эффективности сооружений механической
очистки очень важно при создании замкнутых систем водного хозяйства
промышленных предприятий. Этому требованию удовлетворяют новые
конструкции много полочных отстойников, сетчатых фильтров, фильтров с новыми
видами зернистых и синтетических загрузок, гидроциклонов (напорных,
безнапорных, многоярусных). Применение этих сооружений приводит к
сокращению в 3-5 раз капитальных затрат и на 20-40 % эксплуатационных расходов,
уменьшению в 3-7 раз необходимых площадей для строительства по
сравнению с применением обычных отстойников.
Сточная вода 1
8
1
9
„ 13
14 '
<J5_
2
*
'
3
Рис. 4.7. Технологическая схема очистной
станции с механической очисткой сточных вод: / —
сточная вода; 2 — решетки; 3 — песколовки; 4
— отстойники; 5 — смесители; 6 — контактный
резервуар; 7 — выпуск; 8 — дробилки; 9 — пес-
ковые площадки; 10 — метатеики; 11 —
хлораторная; 12 — иловые площадки; 13 —
отбросы; 14 —■ пульпа; /J — песчаная пульпа; 16
сырой осадок; 17 — сброженный осадок; 18
"—Дренажная вода; 19 —хлорная вода
12
10
11
п
18
\
4
'
'
J
Очищенная вода I 7
289

Для некоторых производств требуется вода с меньшим содержанием взве-
ттенных веществ, чем содержание, обеспечиваемое механической очисткой,
оэтоМУ необходима дополнительная физико-химическая и биологическая
очистка, а также еще более глубокая очистка производственных сточных вод.
Схема механической очистки сточных вод показана на рис. 4.7.
Приведенная схема предусматривает использование максимального числа
операций механической очистки сточных вод. Для сточных вод
металлургических предпршгшй чаще всего отсутствует необходимость в улавливании
крупноразмерных отбросов; они характерны для хозяйственно-бытовых сточных
вод. Поэтому на очистных станциях металлургических предприятий не
устанавливают, как правило, решетки и оборудование для дробления уловленных
крупно кусковых включений.
Отстаивание. Метод отстаивания как предварительная операция
применяется практически всегда при очистке сточных вод.
Отстаивание является самым простым, наименее энергоемким и дешевым
методом выделения из сточных вод грубодиспергированных примесей с
плотностью, отличной от плотности воды. Под действием силы тяжести частиць
загрязнений оседают на дно сооружения или всплывают на его поверхность.
Относительная простота отстойных сооружений обусловливает их широко
применение на различных стадиях очистки сточной воды и обработки о
разующихся осадков.
В производственных сточных водах присутствуют взвешенные веществ
широким диапазоном дисперсности, различными адгезионными свойств
и, как следствие, различной их способностью к осаждению.
Скорость одиночно осаждения щ м/с, частиц шарообразной формы в }
виях ламинарного режима их обтекания жидкостью (Re < 2) описывается
вестной формулой Стокса:
и = </2(рч-рв)£/18ть DЛ)
we а~ диаметр частицы, м; pv — плотность частицы, кг/м3; рв — ПЛ0ТН°^3_
воды, кг/м3; g — ускорение свободного падения, м/с2; ц — динамическая
кость воды, Па-с. Одиночное осаждение частиц возможно лишь в м0Н0^ые
персной, агрегативно-устойчивой системе, когда частицы имеют одинако ^
размеры и при осаждении не меняют своей формы и размеров. Однако I»
шейные вещества, содержащиеся в сточных водах представляют собой
дисперсную агрегативно-неустойчивую систему с большим диапазоном ^
нения размеров частиц, обладающих хорошими адгезионными свойствам , ^
обусловливает их агломерацию при взаимных столкновениях в процессе ^
дсния (седиментации), что изменяет форму, размеры, плотность и скор
осаждения частиц.
290

практике проектирования и эксплуатации отстойников широкое
распространение получило использование зависимостей эффекта осветления сточной
воды от продолжительности ее отстаивания. Эффект осветления
Э =(С0-С1I00/С0,%, D.2)
Для описания кинетики эффективности осветления сточных вод широко
используют эмпирическое уравнение
Э=(//120ГЭ120, D.3)
где С„ начальная концентрация взвешенных веществ; т —
продолжительность осветления; а — эмпирический коэффициент, зависящий от
концентрации взвешенных веществ, их способности к агломерации и высоты слоя вод, в
котором происходит осаждение; Эрс — относительное содержание
оседающих веществ в сточной воде к общей массе взвешенных веществ; Э - (С -
Сга|I00/Со (здесь С,,0 — остаточное содержание взвешенных веществ после
120 мин отстаивания в покое).
Кинетику эффекгивности осветления сточных вод определяют путем
технологического моделирования отстаивания воды в лабораторных цилиндрах.
Необходимая степень осветления определяется либо санитарными
требованиями в случае сброса сточных вод в водные объекты, либо технологическими
требованиями в случае повторного использования.
Размеры хвостохранилища, отстойника или осветлителя выбирают на
основе прямого эксперимента или по типовым размерам сооружения с учетом
объема сточных вод, скорости потока, требуемой степени осветления.
Отстойники могут быть непрерывного и периодического действия.
Аппараты периодического действия обычно представляют собой резервуары с
коническим днищем; их используют при небольших расходах сточных вод (т.н.
декантаторы).
При больших расходах сточных вод применяют отстойники непрерывного
действия; они могут быть горизонтальные, вертикальные, радиальные.
Общий недостаток отстойников — значительные габаритные размеры.
Горизонтальные отстойники — это обычно прямоугольные резервуары
глубиной Н = 1,5^t,0 м, длиной 8-12Я (иногда до 20Н), с шириной коридора 3-
6 м. Удаление осадка из них осуществляется гидравлическим методом или
движущимися скребками. Равномерное распределение сточной воды по ширине
отстойника производится с помощью поперечного лотка с водосливом или
дырчатой перегородки. Для задержания плавающих веществ у выхода из
отстойника устанавливают перегородку, погруженную в воду на 0,25 м (рис. 4 8)
Механизированный сбор и удаление осадка препятствует чрезмерному
уплотнению осадка.

Й отстойник с ленточным скребковым устройством: / — водоподводащий
Рис 4.8. Горизонтальны , ___ водо0тводищий лоток-, 4 — направляющие ролики; 5 — отвад
скорость движения воды в отстойнике не превышает 10-
Горизонталь ^ньтх вод? содержащих хлопья гидроксидов металлов состав-
12мм/с,адлд д0Л5КИтельН0сть отстаивания воды 1-3 ч. При коагуляцион-
яяет 3-5 мм с, ^ ^1Х в0д эти отстойники снабжают встроенными камерами
ной очистке (флокулирования). Для расчета горизонтальных отстойня-
хлопьеоораз ные 0 кинетике выпадения взвеси с учетом заданного эф-
К0В ЙС^дааняя взвешенных веществ в отстойнике.
фектазад у ^стойники — это разновидность горизонтальных отстойников»
Ратманы ^ ^ ^^ резервуары диаметром до 60 м (иногда более 100 м),
обычно КР^1Х даюКется по радиусу от центра к периферии. Скорость движе-
вода в кот Р ^ниая. Б цсЮ:ре - максимальная, на периферии - минимальная.
ЙИя воды ^ центральное разделительное устройство поступает в от*
Сточиая осв0Гпешая вода собирается в круговой периферийный желоб. Ра-
стоиник, ^ст0ЙНШШ обортуются подвижными фермами с центральным или
диальные^^^^^ приводом. Глубина проточной части отстойника составляет
ffy^a отношение диаметра к глубине — от 6 до 30 (рис. 4,9)
1>'5 ' й осадок перемещается к приямку скребками, закрепленными на
впейся ферме. Из приемника осадок удаляют с помощью насосов.
^гч^ ественньй* недостаток радиальных отстойников—повышенная скорость
выпуска воды, что приводит к неэффективному использованию значи-
р «аяьный отстойник: J— ведоподаюда труба; 2 — механические скребки; 3 — распре-
рис 49- гад _ ведущая ферма со скребками; 5 ~ сливной желоб; б — отвод осадка
делительная чаши

тельной части объема отстойника. Этот недостаток в значительной мере
исчезает в радиальных отстойниках с периферийной подачей сточной води. Сбор
осветленной воды осуществляется с помощью кольцевого лотка,
расположенного в центре отстойника. Такая конструкция отстойника позволяет в 1,3-1,5
раза повысить его пропускную способность.
Струйность потока снижает эффективность осветления сточных вод. Этот
недостаток устранен в конструкции радиального отстойника с подвижным
водораспределительным и водосбросным устройствами; эффективность
осветления возрастает на 10-20 %.
Радиальные отстойники применяют на локальных установках, а также в
качестве первичных и вторичных отстойников на биологических очистных
сооружениях. Применение радиальных отстойников большой
производительности (диаметром более 30-50 м) связано с отрицательным воздействиед!
ветровой нагрузки на зеркало воды в отстойнике, т.е. на эффективность осветления
воды. Под действием ветровой нагрузки нарушается гидравлический режим
из-за неравномерного удаления осветленной воды через водосливную стенку
отстойника.
Вертикальные отстойники — это, как правило, цилиндрические (или
квадратные в плане) резервуары с коническим днищем диаметром до 10 м и
производительностью до 3000 MJ/cyT. Движение осветленной воды в отстойниках
происходит в вертикальном направлении — снизу вверх. Взвешенные
частицы оседают в восходящем потоке воды. Расчетная скорость восходящего
потока не должна превышать 0,5-0,6 мм/с; высота зоны осаждения обычно
составляет 4-5 м. Сбор осветленной воды осуществляется с помощью периферийных
Щи радиальных желобов через водослив. Осадок, выпавший в иловую часть
отстойника, удаляется по иловой трубе. Уклон конической части днища
отстойника принимается не менее 45-500 для обеспечения сползания осадка
(рис. 4.10).
Р"С 4.10. Круглый вертикальный отстойник: / — центральная труба; 2 — отражательный щит;
иловая труба
293

Эффективность осветления сточных вод в вертикальных отстойниках
обычно на 10-20 % ниже, чем в горизонтальных или радиальных. Это объясняется
тем, что гидродинамические условия осаждения взвешенных веществ в
вертикальных отстойниках менее благоприятны. Их применяются в качестве
первичных в общезаводских очистных сооружениях. Их преимущество — простота
удаления осадка, осуществляемое гидростатическим давлением.
Жироулоеители. Сточные воды у предприятий в некоторых случаях могут
содержать определенное количество жиров и масел, представляющих
значительную ценность. Наиболее полное извлечение этих примесей в
значительной мере облегчает последующую очистку сточных вод до ПДК. Нераство-
ренные жиры и масла удаляют, пользуясь теми же методами, что и для
удаления других взвешенных веществ.
Широкое применение для очистки жирсодержащих сточных вод получил
метод отстаивания в сооружениях различной конструкции, чаще всего в гор -
зонтальных отстойниках (т.н. жироловках). Всплывающие масла удаляютс
помощью периодически или непрерывно действующих скребковых устроист .
Исходными параметрами при технологическом расчете отстойных сооруж
ний являются гидравлическая крупность задерживаемых частиц и рабочая глу
бина отстойников.
Нефте- смоло- и маслоуловители. Методы очистки нефте- смололи мае
содержащих сточных вод определяются физической характеристикой эти
грязняющих примесей и их концентрацией. Грубодиспергированные см
отделяют путем отстаивания в горизонтальных или вертикальных отсто
ках, рассчитываемых на относительно дчительное B-4 ч) пребывание в
сточной воды. Расчетная скорость протока в горизонтальных отстойника
должна превышать 2-4, в вертикальных 0,5 мм/с. Выпадающий осадок уд
ется периодически с помощью скребковых устройств. В зависимости от ф
ческих свойств смол может требоваться подогрев удаляемой массы. ^
Разделение в ноле центробежных сил. Для разделения суспензии в п -
центробежных сил могут применяться открытые, напорные, многоярусные
роциклоны и центрифуги. Существенными преимуществами открытых
роциклонов перед напорными являются большая производительность и
лые потери напора, обычно не превышающие 0,5 м. Применяются они гл
ным образом для выделения из сточных вод тяжелых примесей, Открь
гидроциклоны нередко работают в комплексе с другими сооружениями д--
механической очистки производственных сточных вод, являясь первой ее
пеныо.
Большое влияние на эффективность работы открытого гидроциклона о
зывают физические свойства частиц (размер, форма, плотность и др.). Для Уп
ливания которых он предназначен, а также геометрические размеры гидро
Клона и гидравлический режим его работы.

Схема открытых гидроциклонов показана на рис. 4.11.
В напорном тдроциклоне струя обрабатываемой жидкости поступает через
тангенциальный патрубок в цилиндрическую часть и получает вращательное
движение (рис. 4.12). Двигаясь по винтовой спирали вдоль наружной стенки
аппарата, она направляется в коническую ее часть. Здесь основной поток
изменяет направление движения и перемещается к центральной части аппарата.
Выделяющийся в пристенной зоне осадок и наиболее насыщенная взвешенными
веществами часть воды удаляются из аппарата через насадку для осадка.
Рис. 4.11. Открытый гидроциклон: а — с подачей и отводом волы в нижней части; б — с отводом
иолы в верхней части; / — водоподающая труба; 2 — водоподводяшая труба; 3 — шламоотводящая
труба; 4 — периферийный кольцевой водослив
Рис. 4.12. Напорный гидроциклон: I — водоподводящая труба; 2 — патрубок для отвода осветлен-
нон воды; 3 — труба для отвода пульпы
295

Поток осветленной воды в центральной зоне аппарата движется по
цилиндрической спирали вверх к сливной насадке. Вращательное движение
жидкости в гидроциклоне обусловлено энергией входящего потока и зависит и
вязкости суспензии.
В результате воздействия абразивных частиц механических примесей
аппараты быстро изнашиваются; для увеличения срока службы их футеруют
базальтом или резиной. При очистке сточных вод от грубых примесей используют
аппараты диаметром свыше 100 мм; для очистки небольших количеств воды
от тонкодиспергированных примесей более эффективны мультициклоны —
батареи напорных гидроциклонов, малого диаметра.
Для разделения неоднородных систем, состоящих из двух или более фаз,
суспензий (жидкость - твердое вещество), эмульсий (жидкость - жидкость^
аэрозолей (газ - твердое вещество или газ - жидкость), применяют метод
центрифугирования. Процесс разделения систем происходит под деистви .
центробежных сил. Мощность силового поля в центрифугах превышает мош
ность поля сил тяжести в сотни, тысячи и даже сотни тысяч раз, что позволя
получить любую степень полноты разделения. Напряженность развиваем
центрифугами силового поля (или фактор разделения) зависит от скорое
вращения ротора и расстояния от оси его вращения до уровня обрабагыв
мой неоднородной системы.
Важной технической характеристикой центрифуг служит фактор разд '
ния, который определяется как
где а — центробежное ускорение; а — угловая скороегь вращения ротора,
— радиус вращения.
Фильтрация. Для глубокой очистки (доочистки) сточных вод от взвеш
ных веществ применяются зернистые и микрофильтры.
Зернистые фильтры. Фильтры применяют для глубокой очистки сточн
вод от суспендированных частиц после механической, химической, физик
химической или биологической очистки.
К конструкциям скорых фильтров, применяемых для очистки сточных вод,
предъявляют следующие основные требования: 1) фильтрация должна идти
направлении убывающей крупности загрузки для предотвращения
образования малопроницаемого и трудноразрушаемого при отмывке осадка на
поверхности загрузки; 2) необходима интенсивная промывка загрузки,
обеспечивающая максимальное удаление загрязняющих веществ из загрузки; 3) фильтры
должны обладать малой чувствительностью к колебаниям качества воды и ее
расхода; 4) фильтрующий материал должен обладать высокой прочностью й
химической стойкостью.
296

Рис. 4.13. Открытый скорый фильтр с направлением потока сверху вниз: / — дренажная система; 2
— поддерживающие гравийные слои; 3 — загрузка фильтра; 4—желоба для подачи исходной воды;
5 — распределительный карман; б — подача промывной воды; 7 — отвод промывной воды; 8 —
отвод фильтрата
Для очистки сточных вод используют фильтры с нисходящим (сверху вниз)
и с восходящим (снизу вверх) потоком. В фильтрах с направлением потока
сверху вниз дренаж защищен от попадания неочищенных вод. При
соответствующем подборе крупности и высоты загрузки скорость фильтрации для
фильтров с нисходящим потоком составляет 10—15 м/ч. На рис. 4.13 показана схема
открытого скорого фильтра.
Загрузка фильтров с нисходящим потоком может быть однослойной или
многослойной. В качестве фильтрующего материала могут быть использованы
гравий, щебень, мраморная крошка, кварцевый песок, антрацит, керамзит,
доменный шлак, горелая порода и т.д. Высокая стоимость традиционной
загрузки из кварцевого песка, а также увеличение грязеемкости фильтров вызвали
применение новых, дешевых, местных фильтрующих материалов с развитой
Удельной поверхностью и высокой пористостью.
Так, на территории Урала уже многие годы ведется разработка
месторождений жильного кварца. При этом образуется большое количество
низкосортного дробленого кварца, который может использоваться в качестве
фильтрующей загрузки.
Исследованы кварциты Бадандихинского месторождения, кварцевая крупка
Астафьевского месторождения кварцитов, кварцевая крупка Ларинского
месторождения жильного кварца (Челябинская обл.) и кварцевая крупка
месторождения «Гора Хрустальная» (г. Екатеринбург). Последний материал не только
исследован, но разрешен к применению и успешно реализуется на рынке
фильтрующих материалов предприятием ЗАО Карьер «Гора Хрустальная»
297

Таблица 4.9
ПОКАЗАТЕЛИ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ
Кг
п/п
1
2
3
Наименование материала
Волгоградский песок
Кварцевая крупка «Горы
Хрустальной»
Гранулированный шлак
Карабашского
медеплавильного комбината
Плотность,
Т/ПТ1
2,59
2,65
3,34

Пористость, %
46
54
48
Истираемость,
%
0,34
0,15
1,35
Измельчйе-
мость, %
1,41
2,6
1,72
Уся. мех.
про'шостьД
1,21
0,4
1,4
Т а б л и ц а 4.10
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ПАРАМЕТРОВ ФИЛЬТРОВАНИЯ
ИССЛЕДОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ
п/п
1
2
3
Параметр
Интенсивность
прилипания взвеси
Скорости
проникновения осадка
Темпы прироста потери
напора
Наименование материала
Волгоградский песок
1
1
I
Кварцевая крупка
«Горы Хрустальной»
2,66
0,68
0,5
Гранулированный
шлак КМК
2,33
0,74
1,3
Большой интерес представляют гранулированные шлаки комбинатов
цветных металлов, особенно гранулированный шлак Карабашского
медеплавильного комбината КМК (Челябинская обл.). Были определены некоторые
показатели зернистых фильтрующих материалов (табл. 4.9, 4.10).
По результатам определения механических показателей исследуемых
материалов были сделаны следующие выводы:
• пористость дробленых материалов и шлака несколько выше пористости
природных кварцевых песков, что должно положительно отразиться на их
технологических свойствах;
. гранулированный шлак отличается, большой плотностью что является псе
имуществом при загрузке контактных осветлителей, в которых величина
предельной потери напора равна весу столба загрузки-
. механическая прорость некоторых дробленихмат^^ несоответствует
существуют» требованиям. Это объясняется „алИЧИем острых Г0ГП
втмн образующихся в процессе nnnfbfii™ iv. v K граней и
CyUl^'»J' ■— .- "««ИЧИеМ ОСТПЫХ ГПЯИРЙ И
микротрешин, образующихся в процессе дробления. Как показывает ™
-- при эксплуатации таких материалов около полугода nOK*^Z P
ской прочности приходят в норму, что связано с о™~™апри
промывках.
Анализ результатов определения химической стойкости ,
мятепиалов выявил, что все исследованные материалы обгГ„ ИСслеДУемых
химической стойкостью, как в кислой так и в щелочной cpeJT Д°СТаТОЧЮЙ
29S

Таблица 4.П
РЕЗУЛЬТАТЫ ФИЛЬТРАЦИИ ОСВЕТЛЕННЫХ НЕЙТРАЛИЗОВАННЫХ СТОКОВ
№
1
2
3
4
Наименование фильтруемого
осветленного стока
Сток, содержащий Сг(ОН)з
Сток, содержащий Zn(OHJ
Сток, содержащий Ni(OH>2
Сток, содержащий РЬ(ОНJ
Наименование зернистого материала
Качество профильтрованной воды, мг/дм3
Волгоградский
песок
0,02
0,11
0,01
0,02
Кварцевая крупка
«Горы Хрустальной»
0,02
0,12
0,01
0,02
Гранулированный
шлак КМК
0,01
0,1
0,008
0,01
Сравнение полученных результатов с учетом стоимости этих
подготовленных материалов (без доставки): Волгоградский песок —1075 руб/т; гран шлак
КМК — 125 руб/т; кварцевая крупка «Горы Хрустальной» — 3170 руб/т
позволяет констатировать, что грапшлак КМК имеет несомненные
преимущества. Результаты фильтрации осветленных нейтрализованных стоков с
использованием различных зернистых материалов приведены в табл. 4.11.
Могут применяться загрузки комбинированного действия, например,
доломит. Для фильтрации сточных вод с одновременной очисткой от ионов
тяжелых металлов и нефтепродуктов доломит рекомендуют подвергать
специальной обработке.
Однослойные фильтры с нисходящим потоком воды применяют в схемах с
безреагентной очисткой воды или в схемах с коагуляцией для задержания
мелкодисперсных взвешенных частиц, выносимых из отстойников или из
осветлителей. В ряде случаев применяется двухступенчатая очистка (на
грубозернистых, а затем на мелкозернистых фильтрах). Регенерация загрузки
однослойных фильтров зависит от состава очищаемых сточных вод и материала
загрузки. Промывку можно осуществлять фильтратом или неочищенной сточной
водой. Интенсивность промывки водой 16-18 дм /с-м , продолжительность
промывки 6-8 мин. Применение сжатого воздуха и совместной воздушной
промывки в ряде случаев обеспечивает хорошее качество промывки. Показатели
эксплуатации однослойных фильтров при до очистке механически и
биологически очищенных сточных вод следующие: крупность загрузки 0,5-3,0 мм,
высота загрузки 1000-2000 мм, скорость фильтрации 5-10 м/ч.
Для многослойных фильтров в качестве загрузки используют антрацит,
песок, гранит и ильменит со средней плотностью соответственно 1,5; 2,6; 4,2;
4,8. В многослойных фильтрах наилучшим образом реализуется принцип
фильтрации в направлении убывающей крупности загрузки. Грязеемкость
многослойных фильтров в 2-3 раза больше грязеемкости обычных
однослойных. Применение их позволяет увеличить скорость фильтрации или
увеличить продолжительность фильтроцикла.
299

w-кции 1щава10щей 3arB,3Kr:™ поды; s - такие фракции плавающей загрузки; 6—
' '—дарчатоеднофшыра
Для очистки сточн
ISCTPOeHHb,e в ot^oW^u3 ""«меняют Фильтры с плавающей
загрузки 3агруЗК0Й. ШИКи)- На Рис 4.14 показана схема фильтра с плава-
1 Плавающую заг
ко°с^°НОбЛада^
м=™ ' ВЬ1С0К°Й активной РВ"ГМеханическ°й прочностью , химической стой-
материадам относятся та^га^Т" П0Берхн°«ью „ пористостью. К таким
металлургические ^Jg* Заполненные ^^ ^^ 1адтельные
чильтРация осУществл '
Т ШаЬваПадаеТ В ^^иСа oZT тт И ПрИ этом час™ взвешенных час-
нь« 1ТЩаЯ заг№*а допускаете зад*»и«хСя плавающим фильтром.
-Тз^знГ? П0ТОКа -4aeT1trHa' ТЭК Как -правление вектора
ШирХ nj™e Правлением силы тяжести вымывав
S ос£^™™Х;^ фильтры, в «л*
экономится гтп™ приме1*ния самоп02 ЧЧДвшк одного фильтрую-
системы в ц^°мИЗШДСПЗеННая плооГь " °ЩИХСЯ ФиЛИров значительно
энергия и Г^ УПроц*ае«я весь ц^1УВ!ЛИЧИЗаетс'' производительность
вого и техьГ'"™- ФИЛЬТР« могут ^ ФВДЮ». экономится элекгро-
—•-«.кого назначения. ™свдася Д™ подготовки воды пигье-
300

Производительность станций водоподготовки не ограничена. Станция
может быть размещена в металлических или бетонных блоках. Производитель -
экологический фонд «Вода Евразии» (г. Екатеринбург).
Сетчатые барабанные фильтры. Для выделения из сточных вод мелкодис-
пергированных примесей иногда применяют сетчатые фильтры.
Фильтрующим слоем служит сетка. В зависимости от требуемой степени очистки и
условий применения фильтры оснащают сетчатым полотном с различными
размерами ячеек. Условно барабанные фильтры разделяют на микрофильтры и
барабанные сетки. Микрофильтры задерживают грубодесперсные частицы:
растительные и животные структурные примеси, песок и др. Эффективность
очистки составляет 40-60 %, что позволяет иногда заменять ими первичные
отстойники. Микрофильтры оснащают сеткой с ячейками размером 0,04 х
0,04 мм. Сетки изготавливают из никеля, фосфористой бронзы, латуни,
капрона, волокнистого стекла и комбинированные.
Барабанные сетки задерживают грубодисперсные примеси при отсутствии в
воде вязких веществ, снижая содержание взвешенных частиц на 25-40 %.
Размер ячеек барабанных сеток 0,3x0,3^-0,5x0,5 мм. Чаще всего их
устанавливают перед зернистыми фильтрами. Расход воды на промывку сетчатых
фильтров составляет 1-2 % от пропускной способности фильтра.
Конструктивные разновидности этих аппаратов довольно многообразны.
Основным рабочим элементом фильтра является сетка, покрывающая
цилиндрическую поверхность вращающегося барабана. Схема устройства
микрофильтра показана на рис. 4.15.
Ьарабан сетчатого фильтра погружен в камеру-резервуар примерно на 0,7
собственного диаметра. Вращается на подшипниках, закрепленных на
неподвижном пустотелом валу, по которому подается очищаемая сточная вода. За-
РЭДаатя' ройство микрофильтра: 1 — барабан; 2 — камера; 3 — подающий канал; 4 — перфори-
РУ°а> 5 — каиал для вывода осветленной воды; б — устройство для промывки сетки
301

держанные на внутренней поверхности рабочей сетки примеси смываются с
нее непрерывно. Промывная вода подается под напором 5-20 м и
распределяется с помощью насадок, расположенных над вращающимся барабаном.
Расход ее зависит от напора, начальной концентрации нерастворенных примесей
в очищаемой сточной воде и от частоты вращения барабана. Скорость
фильтрации колеблется от 30 до 90 м/ч в зависимости от характера задерживаемых
примесей и их концентрации в очищаемой воде, а также от требуемой степени
ее очистки.
Микрофильтры могут задерживать до 80 % поступающих на них примесей;
степень очистки зависит от конструкции аппарата, характеристики
очищаемой сточной воды и требуемых норм очистки.
При очистке некоторых видов промышленных сточных вод на микросетке
задерживаются примеси, которые могут быть использованы повторно в дам-
ном производстве или в качестве сырья на другом. Работа микрофильтров
может быть полностью автоматизирована. Как показывает опыт применения
сетчатых установок, они могут задерживать значительную часть жировых и
эмульгированных загрязнений производственных сточных вод.
Одним из путей интенсификации метода очистки воды фильтрацией
является применение электромагнитных фильтров.
Сущность метода электрохимической фильтрации заключается в следующем.
Фильтр (рис. 4.16) загружают, как минимум, тремя слоями гранулированных
материалов. Материалы слоя 3 и 5 должны быть электропроводны, иметь
разные значения стандартного потенциала. Материал слоя 3 должен был
электроотрицательным, способен образовывать нерастворимый гидроксид,
например, алюминий. Материал слоя 5 должен быть электроположительным. Слои
3 и 5 пространственно разделены слоем 4, состоящим из неэлектропроводного
зернистого фильтрующего материала.
вода
вода
Рис. 4.16. Электрохимический фильтр: /
подача исходной воды; 2 —
распределительная система; 3 — гранулированный
алюминий; 4 —фильтрующий зернистый материал;
5 — активированный уголь; 6 — сборная
система; 7— отвод очищенной воды; S—ч°Да~
ча промывной воды; 9 — отвод промывной
воды
302

При пропускании воды сквозь фильтрующую загрузку возникает
электродвижущая сила между слоями 3 и 3 и гальванический ток. Под действием тока
растворяется электроотрицательный материал 3, ионы которого образуют
коагулянт на зернах загрузки 4.
В слоях 3 и 5 происходят окислительные и восстановительные реакции
соответственно, которые существенно влияют на эффект очистки воды при
наличии в ней органических загрязнителей.
В слое 5 использован активированный уголь, который выполняет, кроме
указанных, функцию сорбента.
Фильтр испытан на нефте- и фенолсодержащих водах. Скорость
фильтрации составляла 5 м/ч. В момент пуска требуется зарядка фильтра коагулянтом.
Время зарядки составило 24 ч, после чего фильтр выходит на режим. Результаты
испытании приведены в табл. 4.12.
Таким образом, метод электрохимической фильтрации эффективен при
очистке воды от нефти, нефтепродуктов и фенолов том случае, когда требуется
глубокая очистка. Важным преимуществом является отсутствие энергозатрат
на проведение коагуляции и окислительно-восстановительные процессы,
простота аппаратурного оформления. Метод имеет широкие функциональные
возможности, которые частично реализованы, как будет показано ниже.
Известно применение в качестве адсорбента в загрузке высокодисперсных
порошков (т.н. ферромагнитные фильтры), сосгояших из ферромагнитных
материалов. По отношению к нефтезагрязнениям высокой активностью
обладают: магнетит, гидрофобизированный магнетит, феррит. Порошки
сорбируют загрязнения, после чего их извлекают магнитными сепараторами.
В качестве коагулянта используют смеси растворов FeSO„ и Fe2(SOJ3 в
равном молярном отношении. В результате смешения растворов происходят
реакции:
FeS04 + 2NaOH -> Fe(OH)., +Na2 S04; D.5)
Fe2(SOJ,+ 6NaOH -> 2Fe(OHK + 3Na2S04; D.6)
Fe(OHJ + 2Fe(OH), -» Fe304J- + 4H20. D.7)
Таблица 4.12
ЭФФЕКТ ОЧИСТКИ НЕФТЕ- И ФЕНОЛОСОДЕРЖАЩИХ ВОД
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ ФИЛЬТРОМ
- ■
Концентрация недуги, мг/лм3
Исходная
0,60
0.С8
1Д
В фильтрате
Отс.
Отс.
Отс.
ПДК
0,05
0,05
0,05
Концентрация фенола, мг/дм3
Исходная
0,01
0,05
0,01
В фильтрате
II!
ПДК
III
303

Гидроксиды железа сорбируют загрязнения, а затем образуют магнетит, Fe О
вместе с которым загрязнения выпадают в осадок или задерживаются магнии
ньш сепаратором.
Способ очистки заключается в пропускании сточной воды через фильтр,
заполненный адсорбционным комплексом. Адсорбционный комплекс состоит
из сфер магнитно-твердого материала с преимущественным диаметром 8-
10 мм, являющихся постоянными магнитами, гранул и порошка с диаметром
частиц не более 100 мкм прокаленного гальваношлама, являющихся в
основном у-оксидами железа. Указанные компоненты смешиваются в соотношении
8:2:1 (масс. ч.). Гранулы и порошок у-оксида железа являются адсорбентами и
деэмульгаторами, удерживаемыми за счет магнитного поля на поверхности
шариков магнитно-твердого материала.
Гальваношлам, содержащий, %: Fe203 — 40,9; Ni2" —1,05; Cu2+ — 0,38; Zn2'
— 10,4; Cr3+ — 0,5; влажностью 78% по действующей в производстве
технологии подвергали промывке от водорастворимых солей, обезвоживанию,
сушке, гранулированию и прокалке при 900 °С в течение 1,5 ч. Часть прокаленных
гранул измельчали до крупности 100 мкм. Далее готовили адсорбционный
комплекс смешением сфер (шариков) феррита бария, гранул и порошка
прокаленного гальваношлама в соотношении 8:2:1 (по массе). Адсорбционный
комплекс помещался в фильтр, через который 1 мл/мин троекратно пропускали
отработанную СОЖ марки «РАТАК», содержащую 25 г/дм3 эмульгированных
нефтепродуктов. Содержание нефтепродуктов после обработки составило 2 мг/
дм3. Обработанную воду можно направить в оборот для приготовления новых
партий СОЖ. Адсорбционный комплекс необходимо регенерировать для
восстановления его адсорбционной способности.
Регенерация проводилась последовательной сушкой адсорбционного
комплекса при 105 °С до постоянной массы и дальнейшей прокалкой при 400 С в
течение 0,5 ч. Регенерированный таким образом адсорбционный комплекс
полностью восстановил свой свойства.
Известен способ осаждения частиц дисперсной фазы, при котором
магнитное осаждение частиц осуществляется в ферромагнитной насадке, находящейся
в магнитном поле, при фильтрации воды сквозь насадку. В качестве насадки
могут быть использованы любые гранулированные ферромагнитные частииь
правильной или неправильной формы. Высоким значением магнитной
проницаемости обладают электротехнические стали, железо-никелевые сплавы, маР"
ганец-цинковые ферриты, никель-цинковые ферриты.
Под воздействием внешнего магнитного поля происходит намагничивание
ферромагнитных частиц. Ферромагнитные частицы имеют высокое значени
магнитной проницаемости, поэтому в порах фильтра возникает магнитное поле,
напряженность которого на несколько порядков превышает
напряженность
внешнего магнитного поля. Большинство извлекаемых частиц относятся к пв-
304

рамагнитным либо к ферромагнитным веществам, поэтому в магнитном поле
на них действуют магнитные силы, закрепляющие их в фильтрующей
насадке. Магнитные силы во много раз больше электростатических и
молекулярных сил, действующих на извлекаемые частицы в обычных фильтрах,
поэтому эффект очистки воды и скорость фильтрации в магнитных фильтрах
существенно выше. Оптимальная скорость фильтрации составляет 50-100 м/ч при
напряженности магнитного поля 50-100 кА/м.
Коэффициент извлечения загрязнений зависит от скорости фильтрации,
напряженности магнитного поля, магнитной проницаемости ферромагнитных и
извлекаемых частиц.
Преимуществом ферромагнитных фильтров являются высокие скорости
фильтрации, низкие энергозатраты, простота регенерации. Регенерацию
производят обратной промывкой при выключенном источнике питания соленоида.
Грязеемкость магнитных фильтров намного выше традиционных, т.к. размер
фильтрующих частиц составляет 5-10 мм, а действующие на извлекаемые
частицы магнитные силы исключают их отрыв от фильтрующего материала.
4.1.2. Химические методы
Основными методами химической очистки производственных сточных вод
являются нейтрализация; окисление и осаждение. Из методов нейтрализации
наиболее распространен метод известкования; к окислительным методам
относятся в основном хлорирование и озонирование.
Химическая очистка может применяться как самостоятельный метод перед
подачей сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед
спуском их в водные объекты. Применение химической очистки в ряде случаев
Целесообразно (в качестве предварительной) перед биологической»
механической или другими методами очистки. Химическая обработка находит
применение и как метод извлечения различных компонентов из сточных вод, в
частности цветных металлов.
Нейтрализация. Производственные сточные воды могут содержать щелочи
и кислоты. В большинстве кислых сточных вод содержатся соли тяжелых
металлов, которые необходимо выделять.
Для предупреждения коррозии канализационных очистных сооружений,
нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и
водоисточниках, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов, кислые
и Щелочные воды подвергаются нейтрализации. Наиболее типичная реакция
нейтрализации — это реакция между ионами водорода и гидроксила,
приводящая к образованию малодиссоциированной воды: rf+OH" = НаСХ В
результате реакции концентрация каждого из этих ионов становится одинаковой
(около Iff"), т.е. активная реакция водной среды приближается к рН - 7.
305

При спуске производственных сточных вод в водоем или водосток
чески нейтральными следует считать смеси с рН = 6,5-8,5. Если очи ст""
воды подают в систему оборотного водоснабжения, то требования к пи CMbIe
сят от специфики технологических процессов. Наиболее часто сточыь 38ВИ"
загрязнены минеральными кислотами: серной, азотной, соляной, а та ^
смесями (т.н. агрессивные смеси). е 'й
Реже в сточных водах встречаются фосфорная, сернистая, плавиковая
мовая и др., а также органические кислоты. ' ]9°-
При химической очистке применяют следующие способы нейтрализя)
взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод; б) нейтрал 'а^
реагентами (кислотами, негашеной и гашеной известью, кальцинирован ^
каустической содой, аммиаком) фильтрование через нейтрализующИе " и
риалы (известь, известняк, доломит, магнезит, обожженный магнезит, ц™, ,1е'
Выбор способа нейтрализации зависит от многих факторов: вида и к0н
трации кислот в сточных водах, расхода и режима поступления сточных
наличия реагентов, местных условий и т.п. 0il
Режимы сброса сточных вод, содержащих кислоту и отработанную це
как правило, различны. Кислые воды обычно сбрасываются равномерц0 ь.
чение суток и имеют постоянную концентрацию. Щелочные воды (исюцд ^
обогатительные фабрики) сбрасываются периодически (один или два р», ^
смену) по мере того, как срабатывается щелочной раствор; в связи с этим 6
должны иметь резервуар-накопитель для равномерного выпуска в реакщ,J111
ную камеру, где в результате смешивания их с кислыми водами происх0д
взаимная нейтрализация. *
Метод взаимной нейтрализации кислых и щелочных вод широко при,,,
ется на предприятиях металлургической и химической промышленности. -j,r "
в цветной металлургии успешно используется этот метод на Иртышском *
мико-металлургическом заводе. При производстве серной кислоты на зав0ц. *"
цветной металлургии сбросная (так называемая промывная серная) кисл^
нейтрализуется щелочными сточными водами обогатительных фабрик. Cjj
соб взаимной нейтрализации кислых и щелочных вод является наиболее
экономичным.
Реагеитиую нейтрализацию используют для нейтрализации кислых ст0))^
ных вод. Выбор реагента для нейтрализации кислых вод зависит от вида «^
лот и их концентрации, а также растворимости солей, образующихся в резу^
тате химических реакций. Для нейтрализации минеральных кислот моя^
использовать любой щелочной реагент, но чаше всего применяют извест^ ^
виде пушонки или известкового молока. В этом случае метод иногда назьв^
ют известкованием. Метод известкования позволяет попутно переводить в ос^
док и такие металлы, как цинк, свинец, хром, медь и кадмий. Иногда для He£s
ализации применяют карбонаты кальция или магния в виде суспензии. Печ
306

речисленные реагенты сравнительно дешевы и общедоступны, но имеют ряд
недостатков: обязательно устройство усреднителей перед нейтрализацией;
трудность регулирования дозы реагента по рН нейтрализованной воды;
сложность реагентного хозяйства. Скорость реакции между раствором кислоты и
твердыми частицами суспензии относительно невелика и зависит от размеров
частиц и растворимости образующегося соединения. Поэтому реакция
заканчивается лишь через 10-30 мин. Это относится главным образом к сточным
водам, содержащим серную и сернистую кислоты, когда образуются трудно
растворимые кальциевые соли, например:
H2S04 + Са(ОНJ -> CaSO^ + 2H20. D.8)
Существенным недостатком метода нейтрализации серной кислоты известью
является образование пересыщенного раствора гипса (CaS04), что приводит к
забиванию трубопроводов и аппаратуры. Для предупреждения пересыщения
применяют метод внесения в раствор «затравочных» кристаллов гипса.
Обычно это осуществляется пугем рециркуляции образующегося в результате
нейтрализации осадка сульфата кальция. Однако продолжительность
перемешивания сточной воды не должна быть менее 20-30 мин.
При нейтрализации сернокислых сточных вод известковым молоком расход
извести (по СаО) принимают на 5-10 % выше стехиометрического расчета. В
случае нейтрализации воды сухим порошком или известковой пастой доза
оксида кальция составляет 140-150 % от стехиометрической, так как
взаимодействие между твердой и жидкой фазами происходит медленнее и не до конца.
Нейтрализация солянокислых или азотнокислых сточных вод известковым
молоком или другими щелочными реагентами протекает более активно; их
доза должна составлять 105 % от стехиометрии. Нейтрализацию сточных вод
обычно производят известковым молоком, содержащим 5-10 % активного
оксида кальция.
Стоимость едкого натра и карбоната натрия (соды) велика, и использование
их целесообразно лишь в случае одновременного получения ценных
продуктов. Высокая растворимость натриевых солей в воде упрощает процесс
нейтрализации, но увеличивает количество минеральных примесей. Кроме того,
Углекислый газ, получающийся при использовании карбоната натрия,
вызывает пенообразование, коррозию оборудования, флотацию осадка и т.д. В
качестве нейтрализующих добавок при нейтрализации слабокислых сточных вод
могут быть использованы отходы производства: карбидный шлам
ацетиленовых станций, шлам от установок химводоочистки, щелочные элюаты
ионообменных установок, электропечные и феррохромовые шлаки и др.
На основании уравнений нейтрализации можно определить теоретически
необходимое количество щелочей для нейтрализации той или иной кислоты
(табл. 4.13). Как уже отмечалось, в большинстве промышленных сточных вод
307

Таблица 4.13
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ КОЛИЧЕСТВО ЩЕЛОЧНОГО РЕАГЕНТА
ДМ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ 1 г КИСЛОТ
Щелочной реагент
Активный Оксан кальция СаО
Гидроксид кальцмя (известь
гашеная Са(ОН)г
Цдкий натр NaOH
Цдкое кали КОН
Карбонат кальция (известняк,
мел, мрамор) СаСОз
Карбонат магния (магнезит)
MgC03
Карбонат натрия
(кальцинированная сода Na^COj
серной
HjSO,
0,57
0,75
0,82
1,14
1,02
0,86
1,09
Количество
соляной
НС1
0,77
1,01
1,09
1,53
1,37
1,15
1,45
реагента, г, для нейтрализации кислот
азотной
HNOi
0,44
0,59
0,63
0,89
0,8
0,67
0,84
.

фосфорной HjPOj
0,86
1,13
1,22
1,71
1,53
1,21
1,62
уксусной
сн,соон
0,47
0.62
0,67
0,94
0,83
0,7
0.89
!

плавиковой HF
1,4
1.85
2,0
2,8
2,5
2,1
2,65
предприятий черной и цветной металлургии наряду с кислотами содержатся и
катаоны металлов, которые при нейтрализации могут выпадать в осадок в виде
соответствующих гидроксидов.
Процессы реагентной нейтрализации сточных вод осуществляются на ней-
трализационных установках или станциях, основными элементами которых
являются (рис. 4.17): резервуары-усреднители; склады нейтрализующих
реагентов; растворные баки для приготовления рабочих растворов реагентов; до-
Осадок
11
Рис. 4.17. Принципиальная схема станции нейтрализации- /
склад реагентов; 4—растворные баки; J—дозатор- Г— накоп"тели; 2 — усреднители; 3 —
осадкоушготнитель; 10 — ппкуум-филип- и °Месит(!ль; 7~нейтрализатор;*—отстой-
е площадки т v' " — накопитель обезвоженных осадков; 12 -
склад реагентов:
ник; 9
лшамовые
308

заторы рабочих растворов реагентов; смеситель сточных вод с реагентом;
камеры реакций (нейтрализаторы); отстойники для нейтрализованных сточных
вод; осадкоуплотнители; сооружения для механического обезвоживания
осадков, а при их отсутствии — шламовые площадки; места для складирования
обезвоженных осадков; устройства химического контроля за процессом
нейтрализации и, при необходимости, деминерализацдонные установки.
Нейтрализацию солянокислых и азотнокислых сточных вод, а также
сернокислых сточных вод при концентрации серной кислоты не более 1,5 г/дм3
осуществляют на непрерывно действующих фильтрах. В качестве загрузки
можно использовать такие нейтрализующие материалы, как доломит, известняк,
магнезит, мел, мрамор и др.
Крупность фракций материала загрузки 3-8 см; расчетная скорость
фильтрации зависит от вида загрузочного материала, но обычно составляет не более
5 м/ч; продолжительность контакта не менее 10 мин.
Применение таких фильтров возможно при условии отсутствия в кислых
сточных водах растворимых солей металлов, поскольку при рН > 7 они будут
вцделяться в осадок в виде труднорастворимых соединений, которые
полностью забивают поры фильтра. Ограничивается применение нейтрализующих
фильтров при подаче на них сернокислых стоков с концентрацией серной
кислоты более 1,5 г/дм . В этом случае количество образующегося сульфата
кальция превышает его растворимость (~ 2 г/дм ); он начинает выпадать в осадок и
процесс нейтрализации прекращается. При загрузке из карбоната магния это
ограничение исключается, поскольку растворимость сульфата магния
достаточно высока C55 г/дм3 по MgS04x7H20).
Конструктивно фильтры выполняются с вертикальным движением
нейтрализуемых кислых сточных вод.
Химическое осаждение сводится к связыванию ионов, подлежащих
удалению, в малорастворимые и слабодиссоциированные соединения. При выборе
реагентов для выделения примесей воды в виде осадков необходимо
учитывать значения величин произведений растворимости образующихся
соединении; чем ниже эта величина, тем выше степень очистки воды. Присутствие в
воде посторонних солей обычно приводит к возрастанию растворимости
образующихся осадков вследствие увеличения ионной силы раствора. Следует
отметить, что скорость ионных реакций в водных растворах велика и обычно
реакции протекают практически мгновенно. Осаждаемые вещества могут быть
виде плохо растворимых гидроксидов, сульфидов, карбонитов и др.
Конкретные примеры будут приведены ниже.
Окисление. Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания
производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси (простые) и
комплексные цианиды, органические вещества или соединения, которые
нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами
309

(сероводород, сульфиды). Такие виды сточных вод встречаются в
машиностроительной (цехи гальванических покрытий), металлической (обогатительные
фабрики), нефтехимической (нефтеперерабатывающие и нефтехимические
заводы), целлюлозно-бумажной (цехи варки целлюлозы) и в других отраслях
промышленности. В узком смысле окисление — реакция соединения какого-
либо вещества с кислородом, а в более широком — всякая химическая
реакция, сущность которой состоит в отнятии электронов от атомов или ионов.
В практике обезвреживания производственных сточных вод в качестве
окислителей используют хлор; гипохлорит кальция и натрия, хлорную известь,
диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха. Среди,
других окислителей, которые применяются при очистке производственных
сточных вод, молено назвать пероксид водорода, оксиды марганца, пермангават и
бихромат кальция. Эти окислители, хотя и не находят широкого применения,
но в ряде случаев могут быть использованы для окисления фенолов, крезолов,
цианидсодержащих примесей и др.
Обезвреживание сточных вод хлором или его соединениями — один из
самых распространенных способов их очистки от ядовитых цианидов, а также
от таких органических и неорганических соединений, как, сероводород, гид-
росульфид, сульфид, метилмеркаптан и др.
Сточные воды, содержащие ядовитые цианиды, образуются на
машиностроительных и металлообрабатывающих заводах в гальванических цехах.
Значительное количество цианидсодержащих сточных вод получается при
промывке изделий после закалки их в расплавах цианидов. Обычно содержание
цианидов в таких сточных водах колеблется от 20 до 100 мг/дм3, но бывает и выше.
Окисление ядовитых цианидов СН~ осуществляется пугем перевода их в
нетоксичные цианаты CNO", которые затем гидролизуются с образованием
ионов аммония и карбонатов:
CN>20JT - 2е -> CNO'+HO; D9)
CNO"+2H О -> NH* +С02~. D-1°)
г. 4 3
Возможен также перевод токсичных соединений в нетоксичный комплекс
или в осадок (в виде нерастворимых цианидов) с последующим удалением его
из сточных вод отстаиванием или фильтрованием.
При введении в воду хлор гидролизуется, образуя хлорноватистую и
соляную кислоты:
ci2+h2o -»ноа+нсь DЛ1)
В сильнокислой среде равновесие этой реакции сдвинуто влево, и в воде
присутствует молекулярный хлор; при значениях рН > 4 молекулярный хлор в
воде практически отсутствует. Образовавшаяся в результате гидролиза хлора
310

100
б 1С рН
Рис. 4.18. Концентрация НОС1 и ОСГ в воде при изменении величины рН
хлорноватистая кислота диссоциирует на ион гипохлорита ОСГ и нон
водорода Н*. Соотношение между недиссоциированной хлорноватистой кислотой
H0CI и ионом гипохлорита ОСГ в воде при различных величинах рН
показано на рис. 4.18.
Гипохлориты кальция или натрия, а также хлорная известь образуют в воде
хлорноватистую кислоту и ион гипохлорита в соотношениях, определяемых
рН водной среды.
Окисление цианидов хлором можно проводить только в щелочнойсреде
(рН>9-Ч0),
CN" + 20Н" + С12 -> CNO" + 2СГ + 2Н20.
D.12)
Образующиеся цианаты можно окислить до элементарного азота и диоксида
Углерода
2CNO + 40Н" + ЗС12 -> 2С02" + 6СГ + N2' + 2Н20. D.13)
При снижении рН возможно протекание реакции прямого хлорирования
Цианида с образованием токсичного хлорциана
СгГ+С1,->СКС1 + СГ.
D.14)
Более надежным и экономически целесообразным методом является
окисление цианидов гипохлоритами в щелочной среде (рН = 10-11). В качестве
Реагента, содержащего ион гипохлорита ОСГ, служат хлорная известь,
гипохлориты кальция или натрия. Между гипохлоритом и простыми цианидами
протекает следующая реакция:
CN" + ОСГ -> CNO" + СТ. D-'5)
311

Реакция протекает быстро A-3 мин) и полно. Образующиеся цианать
стоянно гидролизуются. °"
При обезвреживании сточных вод обычно применяется 5 %-ный рабо -
раствор реагента (по активному хлору). *
Обработка цианидсодержащих сточных вод диоксидом хлора С102 имеет п
преимуществ. Диоксид хлора обладает большой окислительной способног
тью по сравнению с другими окислителями (кроме фтора и озона). Водные
растворы СЮ2 устойчивы в течение длительного времени. При обработке
сточных вод диоксидом хлора не образуется высокотоксичных продуктов прямого
хлорирования (хлорциана, хлорфенола и др.) в любом диапазоне величин рН.
Окисление цианидов диоксидом хлора протекает по уравнению
СЯ + 2СЮ2 + 20Н~ -» 2CNO" + СЮ2 + Н20. D.16)
Более эффективно процесс окисления идет при рН > 10; при начальном
содержании цианидов 25 мг/дм и продолжительности окисления 1 мин
эффективность составляет 95 %, а через 10 мин окисление заканчивается.
В зависимости от агрегатного состояния вводимых в воду хлора или хлорсо-
держащих реагентов определяется технология обработки сточных вод Если
эту воду обрабатывают газообразным хлором или диоксидом хлора, то
процесс окисления осуществляется в абсорберах; если хлор или диоксид хлора
находится в растворе, то их подают в смеситель и далее в контактный
резервуар, в которых обеспечиваются эффективное их смешивание и требуемая
продолжительность контакта со сточной водой. Хлораторные установки
включают складское хозяйство и устройства для дозирования хлора. Для
дозирования газообразного хлора наиболее широко применяются вакуумные
хлораторы ЛОНИИ-100 с ротаметрами РОЗ и РС-5, имеющие производительность
по хлору 0,08-20 кг/ч.
Окисление гидросульфидной и сульфидной серы протекает через ряд
последовательных стадий
Sa"-> S -> $pf -> S202 -> БОз2" -> SO/". DЛ7>
В процессе окисления сера изменяет свою валентность с -2 до +6
В водных растворах под действием кислорода воздуха через ряд
последовательных стадий проходит процесс окисления метилмеркаптана
CH3SH -» CH3SSCH3 -> CH3S02H -> CH3S03R D.1*)
Если активная реакция водной среды рН = 7 *13а75, то основным продуктом
окисления сероводорода, гидросульфида и сульфита является тиосульфат.
На рис. 4.19 приведена принципиальная схема установки по окислению
сульфидов, содержащихся в сточных водах, кислородом воздуха. Эта сточная воДО
312

Рис. 4.19. Принципиальная схема установки но окислению сульфидов, содержащихся в сточных
ведах, кислородом воздуха: 1 — подача сточной воды; 2 — приемный резервуар; 3,4,6 — выпуск
соответственно конденсата, отработанного воздуха; 5 — сепаратор; 7— окислительная колонна; 8—
холодильник; 9 — выпуск обработанных сточных вод; 10 — воздухораспределительное устройство;
// — подача воздуха; 12 — теплообменник; 13 —■ насос
поступает в приемный резервуар и через теплообменник подается в
окислительную колонну, а воздух — в нижнюю часть колонны. Влага из
отработанного воздуха конденсируется в сепараторе, откуда направляется в приемный
резервуар. Сточные воды после окисления охлаждаются в холодильнике и
поступают на дальнейшую очистку. Необработанная сточная вода подогревается
водяным паром и теплотой конденсата.
Осуществить процесс разрушения сульфидных соединений можно также
диоксидом углерода, содержащимся в отходящих дымовых газах. Сущность
этого способа заключается в следующем. Сточная вода, содержащая
сернистые щелочи, из нефтеловушки поступает в приемный резервуар, далее
подогревается в теплообменнике и направляется на дезодорацию в колонну, в
которую подают водяной пар и дымовые газы.
Образование карбонатов происходит по следующим уравнениям:
Na2S + С02 + Н20 -> Na2C03 + H2S; D.19)
2NaHS + C02 + H20-»Na,C03 + 2H2S. D.20)
Выделяющийся сероводород, выносимый дымовыми газами и паром,
направляется на сжигание, а при использовании диоксида углерода он служит
сырьем для получения серной кислоты.
Озонирование. Озон является сильным окислителем и обладает
способностью разрушать в водных растворах при нормальной температуре многие
органические вещества и примеси. При давлении 0,1 МПа и температуре 0 СС
растворимость озона в воде составляет 0,4 г/дм3. Растворимость озона в воде
зависит также от активной реакции среды, наличия кислот, щелочей и солей.
3J3

Так, при наличии кислот и солей растворимость озона в воде увеличивается, а
при наличии щелочей уменьшается. Озон самопроизвольно диссоциируется
на воздухе и в водных растворах, распадаясь на молекулу и атом кислорода.
Скорость распада в водном растворе возрастает с увеличением солесодержания,
значений рН и температуры воды.
По сравнению с другими окислителями, например хлором, озон имеет ряд
преимуществ. Его можно получал, непосредственно на очистных установках,
причем сырьем служит технический кислород или атмосферный воздух.
Перспективность применения озонирования как окислительного метода
обусловлена также тем, что оно не приводит к увеличению солевого состава
очищаемых сточных вод, не загрязняет воду продуктами реакции сам процесс легко
поддается полной автоматизации.
В процессе обработки сточных вод озон, подаваемый в камеру реакции в
виде озоно-кислородной или озоно-воздушной смеси, вступает в химические
реакции с загрязняющими сточные воды веществами.
Наиболее экономичным способом является получение озона непосредственно
на очистных сооружениях путем тихого (короткого) электрического разряда в
воздухе. Тихий разряд образуется в узком газовом пространстве между двумя
электродами, к которым подведен ток напряжением 5-25 тыс. В. В озонаторах
используются электроды из стекла, внутренняя поверхность которых покрыта
металлической амальгамой. Ее слой является электродом высокого
напряжения.
Принципиальная технологическая схема озонирования производственных
сточных вод (рис. 4.20) состоит из двух основных узлов: получения озона и
очистки сточных вод. Узел получения озона включает четыре основных блока:
получения и охлаждения воздуха; осушки, фильтрования воздуха; генерации
озона. Атмосферный воздух через воздухозаборную шахту подается на фильтр,
где очищается от пыли, после чего воздуходувками подается на
водоотделитель капельной влаги, а затем на автоматические установки для осушки
воздуха, загруженные активным глиноземом. Осушенный воздух поступает в
автоматические блоки фильтров, в которых осуществляется тонкая очистка
воздуха от пыли. Из фильтров осушенный и очищенный воздух подается в блоки
озонаторов, где под действием электрического разряда генерируется озон,
который вместе с воздухом в виде озоно-воздушной смеси направляется в
контактную камеру и смешивается с обрабатываемой сточной водой. Озоно-воз-
душная смесь распыляется трубками из пористой керамики. Циркуляция
обрабатываемой сточной воды и озоно-воздушной смеси в контактной камере
реакции во встречном направлении обеспечивает большую эффективность
озонирования. Камеры реакции могут быть одно- и двухступенчатые.
В связи с токсичностью озона, поражающего органы дыхания и
центральную нервную систему, особое внимание при проектировании озонаторных
314

Рис. 43. Технологическая схема озонирования производственных сточных вод: / — воздухозабор-
ная шахта; 2 — подача нтлюсферного воздуха; 3 - - фильтр. 4 — воздуходувка; 5 — теплообменник;
б—водоотделитель; 7 - - установка для осушки воздуха; 8 — подача воздуха на регенерацию
адсорберов; 9 — блок фильтров; 10 — хозяйственно-питьевой водопровод; 11 — генератор озона; 12 -
канализация; 13 — подача озоно-воздуппюй смеси; 14 — контактная камера озонирования сточных
вод; 15 — подача необработанных сточных вод; 16 — пористые распределительные трубки; 17 —
выпуск озонированных сточных вод; 18 — подача охлажденного рассола, 19 — бак охлажденного
рассола; 20 — трехкодовый смесительный клапан; 21,22 — насос соответственно охлажденного и
нагретого рассола; 23 — бак нагретого рассола; 24 — подача нагретого рассола; 25 — холодильная
машина
установок уделяется вопросу вентиляции помещении и гермегезации
реакторов (предельно допустимое содержание озона в воздухе помещений, где
находятся люди, составляет 0,0001 мг/дм3). Осушка воздуха является одним из
основных этапов подготовки воздуха перед получением озона, так как даже
небольшое содержание влаги понижает выход озона и ведет к перерасходу
электроэнергии. Для обеспечении требуемой степени осушки воздуха (до точки
росы 50 °С) в периоды года, характеризуется большим содержанием влаги в
атмосферном воздухе, предусматривается предварительное охлаждение
воздуха до температуры 8 °С. В холодильной установке воздух обрабатывают
охлажденным рассолом, подаваемым от фреоновой холодильной машины, в со-
315

став которой входят баки охлажденного и нагретого рассола, насосно-силовое
оборудование и регулятор температуры воздуха после теплообменников.
Озон и его водные растворы чрезвычайно коррозионны: они разрушают сталь,
чугун, медь, резину, эбонит. Поэтому все элементы озонаторных установок и
трубопроводы, контактирующие с озоном или с его водными растворами,
должны изготавливаться из нержавеющей стали и алюминия.
Расход электроэнергии на получение 1 кг озона из хорошо осушенного
воздуха для озонаторов различных типов составляет 13-29 кВт ч, а из неосушен-
ного воздуха — 43-57 кВт-ч. Расход электроэнергии на осушение воздуха и
его компрессию для получения 1 кг озона 6-10 кВт-ч.
В обрабатываемую сточную воду озон вводят различными способами: бар-
ботированием содержащего озон воздуха через слой воды (распределение
воздуха происходит через фильтросы; противоточной абсорбцией озона водой в
абсорберах с различными насадками (кольца Рашинга, хордовая насадка и др.);
смешиванием воды с озоно-воздушной смесью в эжекторах или специальных
роторных механических смесителях.
При расчете контактных реакционных камер, прежде всего, определяют
площадь распыливающих элементов, которые размещают у дна камеры для
равномерного распределения озоно-воздушной смеси в воде. В качестве
распределительных устройств используют металлокерамические или керамические
трубы с порами размером соответственно 40-100 или 60-100 мкм,
оптимальный режим диспергирования которых наблюдается при интенсивности
распыления соответственно 76-91 и 20-26 м3/(м2-ч). Необходимую общую
площадь всех распыливающих элементов контактный камеры барботажного типа
/ , м2, определяют по формуле
/*=е<Дсд D21)
где Q — расход сточных вод, м3/ч; dm — требуемая доза озона, г/м ; С
концентрация озона в озоно-воздушной смеси, г/м3; w — интенсивность
распыления на единицу площади хлористых распылителей, м3/(м2-ч).
Я = 4,5-^5 м. В двухступенчатых реакционных камерах высота слоя воды в
каждой ступени составляет 2,5-2,8 м.
Реакционные контактные камеры могут быть прямоугольными и круглыми
в плане, число их принимается не менее двух.
Приведенные многочисленные исследования по окислению различных
органических загрязнении озоном показали эффективность этого способа при
обработке водных растворов, содержащих фенолы, циклопентан, циклогексан,
тетраэтилсвинец, нафтеновые и сульфанафтеновые кислоты, цианиды, крезо-
лы, иеионогенные и анионактивные ПАВ, нефть и др.
Расход озона на разрушение загрязняющих сточные воды веществ зависит
от многих факторов: рН водной среды, концентрации вредных веществ и озо-
316

на, способов смешения и продолжительности контакта озоно-воздушной
смеси с обрабатываемыми сточными водами и др. При применении катализаторов
увеличиваются скорости реакции окисления озоном. Процесс озонирования
можно интенсифицировать совместным воздействием озона и ультразвука или
озона и ультрафиолетового излучения и др.
Применяют также электрохимическое окисление, о чем будет рассказано ниже
(в разделе электрохимические методы очистки).
Кроме этого, иногда используют радиационное окисление, на чем мы кратко
остановимся.
При действии излучении высоких энергии наводные среды, содержащие
различные органические веществ, возникает большое число окислительных
частиц, обусловливающих процессы окисления. Радиационно-химические
превращения протекают не за счет радиолиза загрязняющих воду веществ, а за
счет реакции этих веществ с продуктами радиолиза воды: ОН", Н02~ (в
присутствии кислорода), Н202, Ы+ и е., (гидратированный электрон), первые три
из которых являются окислителями. В качестве источников излучения могут
быть использованы: радиоактивные кобальт и цезий, тепловыделяющие
элементы, радиационные контуры, ускорители электронов.
Имеется опыт радиационной очистки сточных вод, содержащих ПАВ,
фенолы, цианиды, красители, инсектициды, лигнин.
4.1.3. Физико-химическая очистка производственных
сточных вод
Физико-химические методы играют значительную роль при очистке
производственных сточных вод. Они применяются как самостоятельно, так и в
сочетании с механическими, химическими и биотехнологическими методами
К физико-химическим методам относятся коагуляция, флокуляция,
флотация, сорбция, включая ионный обмен, обратный осмос, экстракция, эванора-
ция, электрохимические методы.
Коагуляция — это слипание частиц коллоидной системы при их
столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного
перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются
агрегаты—более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления
мелких (первичных). Первичные частицы в таких агрегатах соединены силами
межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку
окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция сопровождается
прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением их общего числа в объеме
дисперсионной среды (в нашем случае — воды). Слияние однородных частиц
называется гомокоагуляцией, а разнородных — гетерокоагуяяцией.
317

Образованию коллоидных частиц предшествует формирование твердой
фазы (ядра), адсорбирующей из растворов потенциало-образующие ионы.
Сильнее адсорбируются ионы, которые значительнее понижают свободную
энергию поверхности твердой фазы. В результате поглощения ионов поверхность
ядра приобретает заряд. Присутствующие в воде разно именно заряженные
ионы (противоионы) группируются у поверхности ядра вследствие
электрического притяжения между разноименными электрическими зарядами,
образуя коллоидную частицу. Если бы в воде не было теплового движения ионов,
приводящего к их перемещению, противоионы образовали бы
мономолекулярный слой, охватывающий коллоидную частицу на расстоянии ионного
радиуса. Термодинамический потенциал у такого двойного слоя является
потенциалом на границе твердой и жидкой фаз. В действительности,
упорядоченное строение оболочки нарушается из-за теплового движения ионов в воде и
их отрыва, в результате чего слой окружающих частиц противоионов
приобретает диффузионный характер.
Коллоидная частица вместе с окружающим ее диффузионным слоем
называется мицеллой. На рис. 4.21 представлена схема строения мицеллы золя гид-
роксида железа (III), полученного путем гидролиза хлорного железа.
Золь — система, состоящая из коллоидных частиц, распределенных в
жидкой или газообразной среде. Если такой средой является вода, систему
называют гидрозолем. Коллоидная частица золя гидроксида железа (III) состоит из
ядра, образованного гидроксидом железа (III), адсорбционно связанных с ним
потенциалообразующих водородных ионов (иН*) и некоторого количества
ионов хлора [(и -х)СГ], меньшего, чем количество ионов водорода, в
результате чего коллоидная частица имеет положительный заряд. Ионы водорода и
входящие в состав частицы противоионы хлора образуют двойной
электрический слой. Отдельные ионы хлора
(хСГ) образуют диффузионный слой
и вместе с коллоидной частицей
составляют мицеллу золя гидроксида
железа (III).
В зависимости от условий
формирования золя потенциалообразующие
ионы и противоионы могут меняться
местами. Так, золь гидроксида
алюминия, образующийся при
гидролизе солей алюминия, заряжен положи-
Рис. 4.21. Схема строения мицеллы золя
гидроксида железа (III)
318

тельно при низких значениях рН воды и отрицательно — при высоких.
Поверхность коллоидной частицы золя приобретает заряд в результате ряда
процессов: в щелочной среде кристаллическая решетка частицы достраивается гид-
рокси-льными ионами, находящимися в воде, при обретая отрицательный
заряд; в нейтральной и кислой средах — положительный заряд возникает за счет
адсорбции решеткой ионов А13*. Формула мицеллы золя гидроксида
алюминия, образовавшегося при гидролизе хлорида алюминия в нейтральной среде,
записывается в следующем виде:
{т[А1(ОНK]иАГЗ(и-х)СГ}ЗжС1. D.22)
Очевидно, что при гидролизе раствора сульфата алюминия потенциалооб-
разующими ионами и противоионами будут А1 и S04 ~.
Иногда заряд коллоидных частиц образуется не за счет адсорбции ионов из
раствора, а в результате диссоциации поверхностного слоя самого ядра,
например, при образовании коллоидной кремниевой кислоты. Молекулы Si02,
реагируя с водой, образуют кремниевую кислот)' HjSiO, — слабый электролит с
малой степенью диссоциации. Отрицательный заряд частицы кремниевой
кислоты обусловлен диссоциацией молекул HjSiOj. Мицелла золя оксида
кремния (IV) имеет следующий вид:
{m[Si02]«Si0272(« - х0}2хЯ'. D.23)
Коллоидные частицы находятся в постоянном движении, увлекая за собой
молекулы окружающего частицу раствора, которые движутся вместе с ней в
виде тонкой пленки. При движении в электрическом поле коллоидная частица
увлекает часть раствора. При этом она становится отрицательно заряженной,
а окружающий ее раствор приобретает положительный заряд. Перепад
потенциала, возникающий при этом между частью жидкости, увлекаемой
коллоидной частицей, и остальным раствором, называется электрокинетическим или
^-потенциалом. Он изменяется при добавлении к коллоидным системам
электролитов. В случае отрицательно заряженных частиц ^-потенциал
зависит от величины заряда катионов электролитов, а для положительно
заряженных частиц от величины заряда анионов.
При добавлении электролитов концентрация ионов в диффузионном слое
увеличивается и для компенсации зарядов на поверхности частиц уже
необходим меньший объем диффузионного слоя (происходит его сжатие). Сжатие
может дойти до уровня, когда ^-потенциал станет равным нулю, а коллоидные
частицы будут находиться в изоэлектрическом состоянии (коллоидные
частицы не имеют электрического заряда). При этом устраняются причины,
препятствовавшие сближению коллоидных частиц, которые, соединяясь,
образуют сравнительно крупные агрегаты, быстро выпадающие в осадок. При
319

постепенном добавлении электролита к коагулируемому коллоиду
наблюдается возникновение коагуляции не в изоэлектрической точке, а при значении
^-потенциала — 0,03 В (для большинства коллоидов значение ^-потенциала
обычно составляет 0,07 В). Указанное значение ^-потенциала является мерой
устойчивости коллоидных систем и называется критическим; с его
уменьшением устойчивость коллоидной системы снижается. Степень влияния ионов
зависит от их концентрации, валентности и размеров; при этом чем выше
концентрация ионов и их валентность, тем значительнее сжатие диффузионного
слоя, а следовательно, тем больше эти ионы снижают устойчивость
коллоидных частиц.
Агрегативная устойчивость гидрофильных золей объясняется тем, что
поверхность их частиц обусловливает образование вокруг них молекулярных гид-
ратных слоев при участии ван-дер-ваальсовых, водородных и комплексных
связей, вне зависимости от действия небольших концентраций электролитов.
Поэтому очищенные золи кремниевой кислоты и гидроксида алюминия могут
сохраняться в растворе далее при уменьшении значения ^-потенциала почти
до нуля.
Для сближения коллоидных частиц необходимо затратить работу на
преодоление сопротивления так называемого «расклинивающего давления»,
обусловленного силами молекулярного сцепления воды с поверхностью частиц.
На расстоянии I нм и меньше силы взаимного притяжения
взаимодействующих частиц превалируют над силами сцепления в гидратном слое. При
значительных расстояниях между ними гидратные слои являются
термодинамически устойчивым стабилизирующим фактором.
Поверхностно-активные вещества также способствуют агрегативной
устойчивости примесей воды. Изменение гидрофильности поверхности частиц в
данном случае определяется ориентацией молекул поверхностно-активных
веществ в адсорбционном слое. Возрастание гидрофильности и повышение
устойчивости коллоидных частиц в воде наблюдается, если полярные группы
адсорбированных соединений обращены в сторону дисперсионной среды. По
П. А. Ребиндеру, ориентация приобретает особое значение при образовании
молекулами поверхностно-активных веществ в адсорбционных слоях
двухмерных гелеобразных структур, обладающих повышенными
структурно-механическими свойствами. Это явление, названное им коллоидной защитой,
заключается в том, что при добавлении гидрофильных веществ к
гидрофобным коллоидам они образуют структурно-прочные адсорбционные слои на
поверхности частиц, повышая их устойчивость по отношению к
коагулирующим электролитам.
Используемые в технологии водообработки коагулянты обычно являются
солями слабых оснований и сильных кислот (сульфат алюминия, хлорное
железо и др.), при растворении которых происходит гидролиз с образованием
320

малорастворимых оснований. При этом в воде накапливаются ионы водорода
иона приобретает кислую реакцию. Полнота реакции гидролиза имеет
большое значение для коагуляции и качества очищенной воды, поскольку избыток
ионов алюминия в ней недопустим. Гидролиз соли слабого основания и
сильной кислоты описывается уравнением
MeAB + nHjO**Me(OH)„ + «HA. D.24)
Скорость протекания гидролиза прямо пропорциональна концентрации
реагирующих веществ; ее можно описать уравнением
v = Xr[Me"+][H20] D.25)
где v — скорость гидролиза; К— константа гидролиза, которая определяется
по уравнению Кг = [Ме(ОН)иНН>/|МГ] = КЩ20]; [Ме"+] — концентрация
катионов в растворе коагулянта; [Н20] — концентрация воды в растворе.
Из уравнения следует, что скорость гидролиза пропорциональна
концентрации катионов коагулянта. Учитывая, что применяющиеся на практике
концентрации его растворов незначительны, можно считать, что скорость
гидролиза коагулянта прямо пропорциональна его концентрации (или его дозе),
введенной в воду. По Вант-Гоффу, с повышением температуры на каждые 10 °С
скорость гидролиза возрастает в 2-4 раза.
Обязательным условием для полного протекания гидролиза является
удаление из сферы реакции образующихся гидр оксидов железа (III) или алюминия,
а также связывание ионов водорода в мало-диссоциированные молекулы.
Реакция гидролиза ускоряется при разбавлении коагулянта. Результаты
экспериментов показывают, что гидролиз солей железа (III) протекает полнее, чем
солей алюминия, и значительно полнее, чем гидролиз солей железа (III).
С увеличением степени гидролиза рН раствора понижается. Повышение рН
воды обеспечивает более полный гидролиз введенного в нее коагулянта.
Очевидно, что для быстрого и полного протекания гидролиза коагулянтов
необходим некоторый щелочной резерв воды, т. е, наличие в ней достаточного
количества гидрокарбонат-ионов, которые связывали бы ионы водорода,
выделяющиеся при гидролизе по реакции.
Н + НСО->Н20 + С02". D.26)
Благодаря наличию в воде буферной системы (гидрокарбонат-ионы и
углекислота) с рН, близким к 7, рН воды при гидролизе коагулянтов в
большинстве случаев изменяется незначительно.
Когда количество гидрокарбона-ионов, содержащихся в воде, недостаточно
Для полного гидролиза коагулянта, щелочность воды повышают введением
Щелочных реагентов. Эффект подщелачивания объясняется связыванием ионов
321

водорода гидроксильными ионами извести, а при введении соды -
связыванием водородных ионов в гидрокарбонат-ионы.
Гидролиз солей алюминия (коагулянтов) протекает ступенчато:
А13+ + Н20 <-> А1 (ОНJ+3 + Н+; D.27)
А1 (ОНJ~2 + Н20 «-> А1 ОН)*2 + Н+; D.28)
А1 (ОН)/ + Нр ++ А1 (ОНK4- + Н+. D.29)
Контаютюя коагуляция—технологический процесс осветления и
обесцвечивания воды, заключающийся в адсорбции ее примесей с нарушенной агрегатив-
ной устойчивостью на поверхности частиц контактной массы. Исследования
показали, что в основе процесса лежат Ван-дер-ваальсовы силы
межмолекулярного притяжения. Однако они проявляются только при условии движения
жидкости, когда мелкие частицы примесей воды сближаются с зернами
фильтрующей загрузки, преодолев при этом электростатические силы отталкивания.
В процессе контактной коагуляции взаимодействуют частицы, значительно
различающиеся своими размерами. Частицы примесей воды имеют микро- и
ультрамикроскопические размеры, а частицы контактной среды —
макроскопические. Прилипание агрегативно неустойчивых примесей воды к
поверхности частиц контактной массы является частным случаем коагуляии,
называемой адагуляцией. Характерной особенностью этого процесса
является большая скорость в сочетании с высоким эффектом при меньших затратах
коагулянта.
Другими особенностями контактной коагуляции являются независимость
процесса от щелочности и температуры воды, меньшее влияние рН воды.
Флокуляция. Многочисленные способы очистки промышленных сточных
вод и осадков применяют различные технологии и разделительную технику,
однако в современных условиях практически все технологии
предусматривают использование полимерных флокулянтов.
Достаточно часто флокулирование заменяет не только реагентную
обработку, но и другие методы очистки. Преимущественное использование этого
метода объясняется не только высокоэффективным образованием осадка, но и, в
отличии от коагулянтов, отсутствием засоления обрабатываемой воды,
поскольку весь флокулянт соединяется и «уходит» с осадком. Особенно эффективно
использование флокулянтов при центробежной обработке стоков и осадков.
Как правило, на очистные сооружения цехов прокатки подаются сточные
воды других источников, содержащие разнообразные органические примеси,
СОЖ, твердые включения. Совместная, переработка таких разнообразных
стоков требует качественного подбора универсальных флокулянтов и режима
дозирования, что не всегда возможно осуществить в определенный момент
работы очистных сооружений.
322

Основной задачей переработки является разделение стока на составляющие,
как правило, растворитель (воду) и примеси. Такими методами могут быть,
например, обработка флокулянтами стока с последующим осветлением в
отстойниках или центробежными методами, фильтрование, выпарка с
получением концентрата загрязнений и высокоочищенной воды. Как было отмечено
ранее, простой и надежный седиментационный метод требует подбора
расходуемого флокулянта, наиболее подходящего для данного типа и особенностей
стока.
Использование синтетических флокулянтов для очистки сточных вод, водо-
подготовки и обработки осадков в отечественной практике началось в 1959 г.,
когда выпускаемый полиакриламид (ПАА) группой исследователей (В. И.
Аксенов, Н. Ф. Сериков, Г. Д. Пашевский) был впервые опробован на
промышленных очистных сооружениях Верх-Исетского металлургического завода (г.
Екатеринбург).
ПАА являются экологически безопасными веществами.
ПАА обычно получают полимеризацией 4—9 % водных растворов акрил&ми-
да в окислительно-восстановительной среде в присутствии специальных
инициаторов. ПАА промышленностью выпускается в виде порошков, 7-8 %
гелей и высоко вязких жидкостей. ПАА сегодня выпускается в г.
Ленинск-Кузнецком (химкомбинат), г. Березники (АО «Бератон»), г. Пермь (химкомбинат).
Широко используемый гидролизованный ПАА (ГПАА) промышленностью
не выпускается, а приготовляется на месте в виде 0,5 % раствора омылением
технического ПАА щелочью при 50-80 СС. ГПАА является флокулянтом со
значительно более резко выраженными свойствами, чем обычный
технический ПАА.
В России осуществляется выпуск некоторых флокулянтов на основе ПАА,
полиакрилнитрила и сополимеров метакриловой кислоты.
Промышленное объединение «Каустик» (г. Стерлитамак) выпускает катион-
вый флокулянт ВПК-402-поли-Н N-диметил, N-диаллиламмоний хлорид.
Научно-производственное предприятие «КФ» (г. Пермь) выпускает
высокоэффективный катионный флокулянт КФ-91. Этот водорастворимый
полиэлектролит, представляющий собой полимерную соль, выпускается в форме
гидрогеля. В настоящее время налажен выпуск флокулянтов — КФ-99.
Дальнейшее совершенствование флокулянтов, выпускаемых предприятием
«КФ», идет по целому ряду направлений: совершенствование выпускной
формы, повышение активности и сокращения расхода флокулянта, повышение
биологической «мягкости».
Научно-производственное объединение «Агротех» (г. Краснодар) является
специализированным предприятием-производителем продукции на основе
природных глинистых минералов и в ассортименте разрабатывает и
выпускает высокодисперсные флокулирующие сорбенты, состав которых определяет-
323

ся их максимальной эффективностью применительно к конкретным
производственным условиям. В основе флокулирующих сорбентов марки «СФ-А»
преобладают активированные глинистые минералы семи различных месторожде-
ний, а также их смеси.
МП «Флокатон» (г. Волжский) выпускает катионные высокомолекулярные
флокулянты серии «Флокатон». Эти флокулянты выпускаются в виде
порошков, гелей и быстрорастворимых эмульсий (время приготовления рабочего
раствора составляет 0,5-1 ч) с заданными эксплуатационными
характеристиками. По своим потребительским свойствам они являются
конкурентоспособными отечественными реагентами, не уступающими зарубежным аналоги.
молекулярную структуру порошкообразных продуктов на трехмерную, что
придает больше эффективности при разделении воды и твердых веществ.
Американскими фирмами: Cytec Ind. выпускаются флокулянты серии
Superfloc, Nalco Chemical — флокулянты серии Nalco, Kem-Tron, Techalnc—
флокулянты серии Kem- Tron, французской фирмой SNF Flocerger —
флокулянты серии Flopam PWG и органические коагулянты серии Floguat, финской
фирмой Kemira — флокулянты серии Феннопол, японскими фирмами Sanyo
ChemJnd. — флокулянты серии Sanfloc, Kurita — флокулянты серии Кийв.
Последнее время стали выпускать полиакриламидные флокулянты со
сшитыми или частично сшитыми молекулами, где линейные структуры «спил»
поперечными связями. Такие флокулянты имеют определенные
преимущества: высокое сопротивление сдвигу образованных хлопьев осадка;
увеличение концентрации сухого вещества при одновременном увеличении
пропускной способности центрифуг (типа центри-пресс), что выражается особенно
явно при обработке трудно обрабатываемого осадка и избыточного активного
ила.
К сожалению, общих теоретических предпосылок по применению флоку-
лянтов пока нет. В определенных случаях, зная заряд частиц загрязнителя,
можно предугадать, какой флокулянт будет предпочтителен. Так, осажяете
положительно заряженных частиц (хлопьев) гидроксидов металлов
интенсифицируется добавлением анионных флокулянтов, и др. В практике, однако,
чаще всего приходиться встречаться с более сложными случаями, особенно
при обработке производственных стоков, и использование предполагаемого
флокулянта часто не дает ожидаемого эффекта, а иногда и противопоказано.
Для некоторых твердых веществ и минералов зависимость скорости флоку-
ляции от расхода флокулянта носит экстремальный характер и увеличение
расхода сверх оптимального значения приводит к снижению эффективности
действия флокулянта.
Иногда эффективность флокуляции сточных вод и осадков повышают за счет
одновременного использования катионо- и анионо- активных флокулянтов,
324

имеющих положительно и отрицательно заряженные ионы. Это обеспечивает
эффективную флокуляциго основных, входящих в смесь веществ и
минералов, позволяет повысит скорость флокуляции многокомпонентных систем.
Сущность нового подхода к проблеме флокуляции таких систем состоит в
осуществлении анализа входящих в смесь компонентов и индивидуальном
подборе для каждого из них своего флокулянта, обеспечивающего
максимальную эффективность флокуляции.
До настоящего времени практически слабо изучены закономерности
флокуляции при использовании бинарных и тройных композиций флокулянтов, хотя
перспективность этого направления ясна.
Коагулянты и флокулянты смешивают с обрабатываемой сточной водой в
смесителях, продолжительность пребывания воды в которых составляет 1-
2 мин. Применяют перегородчатые, дырчатые, шайбовые и вертикальные
смесители, а также механические с пропеллерными или лопастными мешалками.
Трубопроводы или лотки, отводящие воду из смесителей в камеры хло-
пьеобразования и осветлители со взвешенным осадком, рассчитывают на
скорость движения сточной воды 0,8-1,0 м/с и продолжительность ее
пребывания в них не более 2 мин. После смешения сточных вод с коагулянтами и фло-
кулянтами начинается процесс образования хлопьев, который происходит в
камерах хлопьеобразования. Эти камеры могут быть водоворотные,
перегородчатые, вихревые, а также с механическим перемешиванием.
Водоворотные камеры хлопьеобразования представляют собой цилиндр, в
верхнюю часть которого из смесителя вводится сточная вода с вращательной
скоростью на выходе из сопла 2-3 м/с. В нижней части камеры перед выходом
в отстойник находятся гасители вращательного движения воды.
Продолжительность пребывания воды в камере 15-20 мин.
Продольный . г План
325

Перегородчатые камеры могут быть горизонтальными и вертикальными. В
горизонтальной камере (рис. 4.22) сточная вода протекает по нескольким
последовательно соединенным коридорам.
Перемешивание осуществляется за счет восьми — десяти поворотов.
Коридоры устраиваются таким образом, чтобы скорость движения воды в первом
была 0,2-0,3 м/с, а в последнем — 0,1 м/с. Продолжительность пребывания
воды в перегородчатых камерах 20-30 мин. Высота камеры определяется
высотой отстойника, а ширина коридоров составляет не менее 0,7 м.
Вихревая камера хлопьеобразования представляет собой конический или
цилиндрический расширяющийся кверху резервуар с нижним впуском сточной
воды со скоростью 0,7-1,2 м/с. Угол наклона стенок камеры к горизонту около
700. Скорость восходящего потока сточной воды на уровне выпуска 4-5 м/с,
продолжительность пребывания воды в камере 6-10 мин.
В камерах хлопьеобразования с лопастными мешалками продолжительность
пребывания воды 20-30 мин, а скорость движения воды 0,15-0,2 м/с.
Последующее осветление сточной воды производится в горизонтальных,
радиальных и вертикальных отстойниках. Наиболее целесообразной является
двухступенчатая схема отстаивания сточных вод. На I ступени
осуществляется простое отстаивание в отстойнике без коагулянта, на II ступени —
обработка сточных вод коагулянтами и флокулянтами с последующим отстаиванием в
отстойнике.
Если в производственных сточных водах концентрация взвешенных веществ,
способных к агрегации, не превышает 4 г/дм3, то применяют осветлители со
взвешенным слоем осадка. В осветлителях происходят три основных
процесса: смешение, коагуляция и. осветление сточных вод. Обрабатываемая в
осветлителях сточная вода проходит снизу вверх через слой ранее
выделившегося осадка с такой скоростью, при которой взвешенные частицы не уносятся из
зоны взвешенного осадка. При движении сточной воды через взвешенный слой
увеличивается эффект задержания мелких суспензированных частиц.
Осветлители проектируются круглыми (диаметр до 15 м) или прямоугольными в
плане, площадь осветлителя не превышает 150 м .
Для обеспечения нормальной работы осветлителя сточную воду после
смешения с коагулянтами направляют в воздухоотделитель, где она
освобождается от пузырьков воздуха, выделяющихся в результате реакций. В течение 1 ч
допускается колебание температуры не более чем на 1 °С, а расхода — не
более чем на 10 %. Резкие колебания скорости движения воды не допускаются.
Величина восходящей скорости потока в зоне осветления зависит от
концентрации взвешенных веществ. Так; при обработке сточных вод сульфатом
алюминия при содержании взвешенных веществ до 400 мг/дм расчетная
скорость восходящего потока составляет 0,8-1 мм/с, 400-1000 мг/дм —1—1,1 мм/
с, 1000-2500 мг/дм3 — 1,1-1,2 мм/с.
326

Высота слоя взвешенного осадка принимается равной 1,5-2,5 м; высота
защитной зоны от верха осадкоотводящих окон или труб до лотков для сбора
осветленной воды 1-1,5 м.
Флотация—процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого
материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и
жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных по
граничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.
Процесс очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть,
нефтепродукты, масла, волокнистые и хлопьевидные материалы методом
флотации заключается в образовании комплексов «частицы — пузырьки», всплы-
вании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с
поверхности, обрабатываемой жидкости. Прилипание частицы, находящейся в ней, к
поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда практически
отсутствует смачивание частицы жидкостью. Смачивающая способность
жидкости зависит от ее полярности, с возрастанием которой способность
жидкости смачивать твердые тела уменьшается. Внешним проявлением
способности жидкости к смачиванию является величина поверхностного натяжения ее
на границе с газовой фазой, а также разность полярностей на границе жидкой
и твердой фаз. Процесс флотации протекает эффективно при поверхностном
натяжении воды не более 60-65 мН/м.
Степень смачиваемости водой твердых или газовых частиц, взвешенных в
воде, характеризуется величиной краевого угла смачивания 6 (рис. 4.23).
Чем больше угол q, тем более гидрофобна поверхность частицы, т. е.
увеличивается вероятность прилипания к ней и прочность удержания на ее
поверхности воздушных пузырьков. Такие частицы обладают малой смачиваемостью и
легко флотируются. Большое значение при флотации имеют размер,
количество и равномерность распределения воздушных пузырьков в сточной воде,
оптимальные размеры воздушных пузырьков 15-30 мкм, а максимальные 100-
200 мкм.
В практике очистки производственных сточных вод выработаны различные
конструктивные схемы, приемы и методы флотации.
Метод пенной флотации применяют для извлечения
нерастворенных частиц и небольшого снижения
концентрации некоторых растворенных веществ, метод
пенной сепарации — для удаления растворенных
веществ.
Наиболее существенные принципиальные отличия
способов флотации связаны с насыщением
жидкости пузырьками воздуха определенной крупности. По Рис. 4.23. Схеыа прилипания
ЭТОМу Принципу МОЖНО ВЫДеЛИТЬ Следующие СПОСО- пузырька воздуха к
взвешенной в воде частице
327

бы флотационной обработки производственных сточных вод:
•флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумные, напорные и эр-
лифтные флотационные установки);
• флотация с механическим диспергированием воздуха (импеллерные,
безнапорные и пневматические флотационные установки);
• флотация с подачей воздуха через пористые материалы;
• электрофлотация;
• биологическая и химическая флотация.
Флотационные установки могут состоять из одного или двух отделений
(камер). В однокамерных установках в одном и том же отделении происходит
одновременно насыщение жидкости пузырьками воздуха и всплывание
флотирующихся загрязнений. В двухкамерных установках, состоящих из
приемного и отстойного отделений, в первом отделении происходит образование
пузырьков воздуха и агрегатов «пузырек-частица», а во втором — всплывание
пены и осветление жидкости.
Флотацию с выделением воздуха из раствора применяют при очистке
производственных сточных вод, содержащих очень мелкие частицы загрязнений,
поскольку получают весьма мелкие пузырьки воздуха. Сущность способа
заключается в создании перенасыщенного раствора воздуха в сточной
жидкости. Выделяющийся из такого раствора воздух образует микропузырьки,
которые и флотируют содержащиеся в сточной воде загрязнения. Количество
воздуха, которое должно выделиться из пересыщенного раствора и обеспечить
необходимую эффективность флотации, обычно составляет 1-5 % объема
обрабатываемой сточной воды.
Преимуществом вакуумной флотации является то, что образование
пузырьков газа, их слипание с частицами загрязнений и всплывание образовавшихся
агрегатов «пузырек-частица» происходит в спокойной среде и вероятность их
разрушения сводится к минимуму; минимальны также энергозатраты и на
насыщение жидкости воздухом, образование и измельчение воздушных
пузырьков. В то же время необходимость сооружения герметически закрытых
резервуаров, сложность эксплуатации вакуумных флотационных установок, а
также ограниченный диапазон их применения (концентрация загрязнений в
сточной воде не должна превышать 250 мг/дм3) являются недостатками метода.
Сточная жидкость, поступающая га флотацию, предварительно насыщается
воздухом в течение 1-2 мин в аэрационной камере, затем поступает в
деаэратор для удаления нерастворившегося воздуха. Далее под действием
разрежения @,02-0,03 МПа) сточные воды поступают во флотационную камеру, в
которой растворившийся при атмосферном давлении воздух выделяется в виде
микропузырыюв и выносит частицы загрязнений в пенный слой.
Продолжительность пребывания сточной воды во флотационной камере 20 мин, а на-
328

грузка на 1 м площади поверхности около 200 м /сут. Скапливающаяся пена
вращающимися скребками удаляется в пеносборник.
Напорная флотация имеет более широкий диапазон применения, поскольку
позволяет регулировать степень пересыщения в соответствии с требуемой
эффективностью очистки сточных вод при начальной концешрации загряз-
нений до 4-5 г/дм и более. При напорной флотации сточные воды насосом
подают в напорный бак (сатуратор). На всасывающем трубопроводе насоса
имеется патрубок для подсоса воздуха. Объем сатуратора рассчитывают не
необходимую продолжительность насыщения воздухом (обычно 1-3 мин) при
избыточном давлении 0,3-0,5 МПа. Количество растворяющегося в
сатураторе воздуха должно составлять 3-5 % объема обрабатываемой сточной воды.
Насыщенная воздухом вода из сатуратора подается во флотационную камеру,
где выделившиеся из сточной воды пузырьки воздуха всплывают вместе с
частицами взвешенных веществ. Всплывающая масса непрерывно удаляется
механизмами для сгребания пены в пеносборники. Площадь флотационной
камеры принимают исходя из гидравлической нагрузки 6-10 м /ч на 1 м
площади поверхности камеры. Продолжительность флотации составляет 20 мин.
Сточные воды, насыщенные воздухом, поступают во флотатор снизу через
вращающийся водораспределитель. Выделяющиеся из воды пузырьки
воздуха всплывают вместе с частицами загрязнений. Вращающимся механизмом
пена сгребается в лоток и удаляется. Обработанная вода отводится с днища и
по вертикальным каналам переливается в отводящий кольцевой лоток.
Пропускная способность одного флотатора не должна превышать 1000 м /ч.
Напорная флотация применяется для очистки сточных вод от нефти,
нефтепродуктов, жиров, масел, ПАВ и волокнистых веществ.
При эрлифтной флотации затраты энергии в 2-4 раза меньше, чем при
напорной, но конструкция установки требует значительного перепада отметок
по высоте между питательным резервуаром со сточной водой и аэратором, а
также между аэратором и флотационной камерой (разность отметок
составляет 20-35 м), что значительно сужает область применения этого метода.
Флотация с механическим диспергированием воздуха. При перемещении
струи воздуха в воде в последней создается интенсивное вихревое движение,
под воздействием которого воздушная струя распадается на отдельные
пузырьки. Энергичное перемешивание сточной воды во флотационных импеллериых
установках создает в ней большое число мелких вихревых потоков, что
позволяет получить пузырьки определенной величины. Установки для флотации с
механическим диспергированием воздуха аналогичны применяемым при
флотационном обогащении руд цветных металлов, откуда они и взяты.
Сточная вода из приемного кармана поступает к импеллеру, в который по
трубке засасывается воздух. Над импеллером расположен статор в виде диска
329

с отверстиями для внутренней циркуляции воды. Перемешанные в импеллере
вода и воздух выбрасываются через статор. Решетки, расположенные вокруг
статора, способствуют более мелкому диспергированию воздуха в воде.
Отстаивание пузырьков воздуха происходит над решеткой. Пена, содержащая
флотируемые частицы, удаляется лопастным пеноснимателем. Из первой
камеры вода поступает во вторую такой же конструкции, где происходит
дополнительная очистка сточной воды.
Степень диспергирования воздуха зависит от окружной скорости вращения
импеллера, которую принимают равной 12-15 м/с.
Применение импеллерных установок целесообразно при очистке сточных
вод с высокой концентрацией нерастворенньтх загрязнений (более 2—3 г/дм)
И содержащих нефть, нефтепродукты, жиры.
Недостатком импеллерных флотаторов является относительно высокая
обводненность пены. Это особенно существенно когда основной целью
флотации является извлечение растворенных ПАВ, так как большой объем воды в
пене заставляет создавать дополнительные установки для ее обработки, что
удорожает очистку в целом.
Диспергирование воздуха в безнапорных установках происходит за счет
вихревых потоков, создаваемых рабочим колесом центробежного насоса. Схема
флотации аналогична напорной, но в ней отсутствует сатуратор, что и
является преимуществом безнапорной флотации. Образующиеся в камере
безнапорной установки пузырьки имеют большую крупность, а следовательно, эффект
флотации мелких частиц снижается. Безнапорные флотационные установки
применяют для очистки сточных вод от жира и шерсти.
Пневматические флотационные установки применяют при очистке
сточных вод, содержащих растворенные примеси, агрессивные к механизмам
(насосам, импеллерам и др.), имеющим движущиеся части. Измельчение
пузырьков воздуха достигается путем впуска воздуха во флотационную камеру через
сопла, которые располагаются на воздухораспределительных трубках,
укладываемых на дно флотационной камеры на расстоянии 0,25-0,3 м друг от
друга. Диаметр отверстий сопл 1—1,2 мм; рабочее давление перед ними 0,3-
0,5 МПа; скорость выхода струи из сопел 100-200 м/с. Глубина флотатора
составляет 3-4 м.
Флотация с подачей воздуха через пористые материалы отличается
простотой аппаратурного оформления процесса и относительно малыми расходами
энергии. Воздух во флотационную камеру подается через мелкопористые филь-
тросные пластины, трубы, насадки, уложенные на дне камеры. Величина
отверстий должна быть 4-20 мкм, давление воздуха 0,1-0,2 МПа,
продолжительность флотации 20-30 мин, расход воздуха определяется
экспериментально. Рабочий уровень обрабатываемой сточной воды до флотации 1,5-2 и.
Недостатком этого метода является возможность зарастания и засорения пор, а
330

также сложность подбора мелкопористых материалов, обеспечивающих
выход мелких и близких по размерам пузырьков воздуха. Современные барбо-
тажные трубы покрыты неткаными фильтрующими материалами и почти
лишены отмеченных недостатков.
Электрофлотация. Сущность электрофлотационного способа очистки
сточных вод заключается в переносе загрязняющих частиц из жидкости на ее
поверхность с помощью пузырьков газа, образующихся при электролизе
сточной воды. В процессе электролиза сточной воды на катоде выделяется
водород, а на аноде — кислород. Основную роль в процессе флотации частиц
играют пузырьки, выделяющиеся на катоде. Размер пузырьков, отрывающихся от
поверхности электрода, зависит от величины краевого угла смачивания,
кривизны поверхности электрода, а также его конструкции. Замена
пластинчатого катода на проволочный приводит к уменьшению крупности пузырьков и,
следовательно, к повышению эффективности работы электрофлотатора.
При применении растворимых электродов (обычно железных или
алюминиевых) на аноде происходит анодное растворение металла, в результате чего
вводу переходят катионы железа или алюминия, приводящие к образованию
хлопьев гидроокисей. Одновременное образование хлопьев коагулянта и
пузырьков газа в стесненных условиях межэлектродного пространства создает
предпосылки для надежного закрепления газовых пузырьков на хлопьях и
интенсивной коагуляции загрязнений, что обеспечивает эффективность
флотационного процесса. Такие установки называются электрокоагуляционно-
флотационными. При пропускной способности до 10-15 м3/ч установки
могут быть однокамерными, а при большей пропускной способности —
двухкамерными горизонтального или вертикального типа.
Биологическая и химическая флотация применяется для уплотнения осадков
сточных вод. В процессе флотации сточных вод образуется пена, имеющая
различное строение, обычно пленочно-структурное. Такая пена содержит
значительное количество воды, особенно в нижних слоях, а устойчивость и
подвижность ее изменяются в зависимости от количества и характера
флотируемых материалов. Процесс уплотнения всплывшего шлама наиболее
интенсивно идет в первые 2 ч, далее он замедляется, а после 4 ч практически
прекращается. На основании анализа графиков уплотнения пенного шлама различных
по составу сточных вод были выведены общие закономерности его
уплотнения. Если за единицу принять объем шлама к моменту, когда все пузырьки
воздуха поднялись в пенный слой, что в проточных установках соответствует
продолжительности флотации 30 мин, то относительный объем шлама через
1, 2,3 и 4 ч уплотнения составит соответственно 0,6; 0,33; 0,24 и 0,21.
Процесс уплотнения и разрушения пенного слоя может быть
интенсифицирован с помощью брызгалок, струей воздуха или путем нагревания.
331

Воздух
Сточная вода
/
К"
№ч
л\
Шлам
-| Очищенная
Рис. 4.24. Схема установки напорной флотации: I — емкость; 2 — насос; 3 — напорный бак; 4 -
флотатор
Сточная
&-/■
Очищенная Сточная / /
■н-
Сточная . /
Очищенная
|,Чистая
Рис. 4.25. Схемы подачи воды при напорной флотации: а — с рециркуляцией; 6 — с частичной
подачей воды насосом; е — с рабочей жидкостыо: / — приемные отделения; 2 — флотационные
отделения; 3 — линии всасывания; 4 — насосы; 5 — напорные баки
I Осадок
Рис. 4.26. Флотатор "Аэрофлот": I — камера; 2
— скребок; 3 — шламоприемник; 4 —
поверхностные скребки
332

a _J ." Схема многокамерной флотационной установки с рециркуляцией: / — емкость; 2 — насос;
флотационная камера; 4 ■— гедроциклон; 5 — пеносъемник; о" — напорный бак; 7 — аэраторы
(Сточная
J, вода
У
Шлам
Очищенная
вода
>| | "Воздух
Рис. 4.28. Схема эрлифтной установки; / — емкость; 2 — трубопровод; 3 — аэратор; 4 — труба
эрлифта; 5 — флотатор
2
Реагенты
Сточная И -г
pirc. 4.29. Схема установки дня химической флотации: /—мешалка; 2—скребок; 3—шламоприем-
ник; 4 — флотационная камера; 5 — реакционная камера
333

Сточная
I вода
Рпс. 4.30. Схема установки очистки сточных вод методом пенной сепарации: / — емкость; 2 ~
насос; 3 — промежуточный сборник; 4 — расходомер; 5 — сепаратор; 6 — воздуходувка; 7 — сбо]
ник; 8 — вентилятор; 9 — циклон; 10 — отстойник; 11 •— камера концентрирования пены
Г
У N
\
<
t У <'
' J.
■Ъ^о
-О —
ъ
г
\
Сточная
пода ^
Очищенная
сода
Г<
>iv V ,
Jo>
- и -
с
с
—
_
| Очищенная
вода
Газ
Рис. 4.31. Схемы установок пенно-радиационной очистки сточных вод: й — раздельная; б ■—
совместная: 1 — колонна; 2 — аппарат для облучения; 3 — излучатель
_Z
* у * ф
Воздух L
р^ПОч и щечная
I Г~вода
СТОЧНЯЯ
вода
(VWi/
Воздух
Г о ---о-Я-г
-iTS--o _- -о
,5Г_°=Го-?-
ааа
'тшч.
чищенная
вода
Рис. 4.32. Флотаторы: а—с
импеллером : 1 — камера, 2—труба, 3 —
вал, 4—импеллер; 6— с
пористыми колпачками: J — камера, 2
пористые колпачки, 3 — желоб, 4
— регулятор уровня;в —-сфильт-
росными пластинами; / — камера,
2 — фильтросные пластины» 3 —
скребок, 4 — шламоприемиик
334

ниже приведены технологические схемы с использованием различных фло-
тоустановок, а также конструкция этих флотаторов (рис. 4.24-4.32).
Экстракция. При относительно высоком содержании в производственных
сточных водах растворенных органических веществ, представляющих
техническую ценность (например, фенолы и жирные кислоты), эффективным
методом очистки является экстракция органическими растворителями — экстра-
гентами. Экстракционный метод очистки производственных сточных вод
основан на распределении загрязняющего вещества в смеси двух
взаимонерастворимых жидкостей соответственно его растворимости в них. Отношение
взаимно уравновешивающихся концентраций в двух несмешивающихся (или
слабосмешивающихся) растворителях при достижении равновесия является
постоянным и называется коэффициентом распределения
k^CJCa^ const, D.30)
где Сэ. Сст — концентрация экстрагируемого вещества соответственно в экст-
рагенте и сточной воде при установившемся равновесии, кг/м3.
Коэффициент распределения к зависит от температуры, при которой
проводится экстракция, а также от наличия различных примесей в сточных водах и
экстрагенте (табл. 4.14).
После достижения равновесия концентрация экстрагируемого вещества в
экстрагенте значительно выше, чем в сточной воде. Сконцентрированное
вещество отделяется от растворителя и может быть утилизировано. Экстрагент после
этого вновь используется в технологическом процессе очистки.
Метод экстракционной очистки экономически целесообразен при
значительной концентрации органических примесей или при высокой стоимости
извлекаемого вещества. Для большинства продуктов применение экстракции
рационально при концентрации их 2 г/дм и более.
Таблица 4.14
ВЕЛИЧИНЫ КОЭФФИЦИЕНТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИ 25 "С
Экстрагируемое вещество
Уксусная кислота
Фенол
Бензойная кислота
Салициловая киоота
п-Нитрофенол
а-Аминофенол
а-Толундин
| Анилин
Экстрагент
Четыреххдористый углерод
Бензол
Четыреххлористый углерод
Бензол
Бутилацетат
Бутилацетат
Бутилацетат
ругичяпм-ат
Величина кг
0,06
0,055
0,4
2,4
8-12
30
128
215
2,6
16
27
335

Для успешного протекания процесса экстракции экстрагент должен иметь
следующие свойства: хорошую экстрагирующую способность по отношению
к экстрагируемому веществу, т.е. высокий коэффициент распределения;
селективность, т.е. способность экстрагировать из воды одно вещество или опреде-
ленную группу; малую растворимость в воде; плотность, отличающуюся №
плотности воды; температуру кипения, значительно отличающуюся от
температуры кипения экстрагируемого вещества; небольшую удельную теплоту
испарения и малую теплоемкость, что способствует снижению расхода пара и
охлаждающей воды; возможно меньшие огне- и взрывоопасность, токсичность;
низкую стоимость.
Экстрагент не должен подвергаться заметному гидролизу и
взаимодействовать с экстрагирующим веществом, материалом трубопроводов и запорно-
регулирующей арматуры.
Очистка сточных вод методом экстракции может быть осуществлена тремя
способами: одно- или многократной обработкой одного и того же объема воды
свежими порциями экстрагента; перемешиванием воды и экстрагента в одном
аппарате по принципу противотока с последующим разделением жидкости;
перемешиванием воды и экстрагентов в нескольких аппаратах, работающих
по принципу противотока.
Конечная концентрация извлекаемого вещества в воде может быть
вычислена по уравнению
где с0 — начальная концентрация вещества в воде; п — число экстракций; Ь—
удельный расход экстрагента (в объемах на объем воды) для одной
экстракции:
b = vxlnQ D-32)
где v, — общий объем экстрагента, используемый для экстракции; Q —
количество сточной воды, подвергаемой очистке.
Анализ приведенных зависимостей показывает, что многократная
экстракция малыми дозами экстрагента более эффективна, чем однократная большой
дозой.
Экстракция может быть непрерывной или периодической; последнюю
применяют при очистке небольших количеств сточных вод.
Принципиальная схема непрерывной экстракции приведена на рис. 4.33.
Экстрактор представляет собой колонку с насадкой, в которую подается
вода и экстрагент. В тех случаях, когда удельная масса экстрагента меньше
удельной массы воды, экстрагент подают снизу, как показано на схеме; при
обратном соотношении удельных весов экстрагент подают сверху. Чтобы поддер-
336

Рис. 4.33. Схема непрерывной экстракции: 1— подана
сточной воды; 2 — подвод чистого экстрагента; 5 — отвод
очищенной воды; 4 — отвод отработанного экстрагента
Г
жать постоянный уровень жидкости, воду выпускают из колонки через сифон,
сообщающийся с ее верхней частью.
Материальный баланс процесса непрерывной экстракции может быть
выражен уравнением
C6Q = CQ + xK
D.33)
где х •— концентрация вещества в экстрагенте, г на 1 дм' экстагента. При
максимальной насыщенности экстрагента
р °
D.34)
Подставив это выражение и произведение bQ вместо V
С = {1-Ъкр)Со D.35)
Когда концентрация вещества в очищенной воде задается заранее, а искомой
величиной является удельный расход экстрагента Ь, последний определяют по
формуле.
шщ ш
ис* ^«34. Схема многократной экстракция: 1 — экстракторы; 2 — отстойники; 3 — подвод сточной
оды; 4 — чистый экстрагент; 5 — сборник отработанного экстрагента; 6 — сборник очищенной
воды
337

Высоту колонного экстрактора Н, достаточную для достижения
необходимой степени очистки сточной жидкости, и диаметр d, обеспечивающий
необходимую производительность, находят графоаналитическим методом по лабора-
торным исследованиям хода процесса экстракции для каждого растворенного
вещества и экстрагента.
Принципиальная схема многократной экстракции при противотоке
приведена на рис. 4.34.
Материальный баланс этого варианта экстракции определяется по ранее
приведенным исходным зависимостям. Для экстрактора т он может быть
выражен уравнением
X ,а + у ,v=JCfl'+yv, D-37)
где X иу^! концентрация вещества соответственно в воде и в зкстрагенте; q
— объем воды на одну экстракцию; v — объем экстрагента на одну
экстракцию.
Исходя из предположения, что при каждой экстракции будет наблюдаться
равновесие в процессе (когда у/х = йр, и полагая v/g - Ъ и q + vkv - В, можно
записать:
* =(*„,,<?+w*)«- D-38)
Для п экстракгоров получится п таких уравнений. Совместное их решение
даст следующее уравнение для конечной концентрации (Cw = Х^:
C=[C0Ffcp^l)/[(fc/cpr-l], D-39)
а число экстракций, необходимое для снижения концентрации с С0 до Сх
составит:
п = {\g[C0(bkp - L) + С ] - lgC„}/[lg(Mp)] - 1. D-40)
Таблица 4.15
ЭКСТРАГЕНТЫ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
'
Энстрагент
ТВФ
АпкиЯфосфор-
йые кислоты
Жирные и
нафтеновые кислоты
Пиридиноксиды,
оксиды аминов
Хлорекс
Амийы
I
Аи
Cu,Na,
Cs
Cu,Ag
Ag
Аи
Аи
Группы периодической системы элементов
II
Ca,Sr,Ba,
Cd,Hg
Mg,Ba
М& Ca,
Zn,Cd,
Zn
Zn
Be, Zn, Cd
III
Sr,V,
Ga, In
Sc,V,
La,!ta
Al, Ga
—
Ga,Ti
—
IV
Zr.Hf
Zr,Hf
Pb
Zr,Hf
Ge
—
V
■—
As,Sb
Bi
Nb,Ta
—
V
VI
Se,Te
Mo
—
Mo,
W
—
Mo,
W,Se
VH
—
—
—
—
—
Mn,
Re
VJII
Fc, Pt-
элементы
Co.Ni
Fe,Ni
Fe, Co, Ni
Pd
Fe,Co,Ni,Pt-
эдементы
338

В качестве примера в табл. 4.15 указаны экстрагенты, которые можно
применять для извлечения цветных, редких и благородных металлов.
Эвапорацня. Среди эвапорационных методов очистки производственных
сточных вод наиболее широкое распространение получили пароциркуляцион-
ный метод и азеотропная ректификация.
Пароциркуляционный метод, применяемый для удаления из сточных вод
летучих веществ — фенолов, крезолов; ксиленолов, нафтолов и др. основан
на отгонке загрязнений с циркулирующим водяным паром с последующей его
отмывкой от загрязнений раствором щелочи. При нейтрализации щелочного
раствора загрязнения выделяются из него и могут быть отделены от водного
слоя отстаиванием.
Отгонка осуществляется в периодически действующих аппаратах или в
непрерывно действующих дистшияционных колоннах. При движении через
колонну с насадкой навстречу острому пару сточная жидкость нагревается до
100 "С; находящиеся в ней летучие примеси частично переходят в паровую
фазу. Основные размеры эвапорационных колонн: диаметр 0,8-3 м; высота
насадки 6-12 м; отношение высоты колонны к ее диаметру не более 5-10.
Плотность орошения 1-2 м3/(м2-ч), расход пара 0,5-1,5 кг/кг,
производительность колонны 20-200 м3/сут.
Азеотропная ректификация основана на свойстве многих химических
соединений образовывать азеотропные, нераздельнокигищие смеси с водой.
Сточная вода из емкости направляется в колонну, обогреваемую паром, где
отгоняется часть воды в виде азеотропной смеси с загрязняющим компонентом.
Из нижней части колонны выходит очищенная вода. Пары, выходящие через
Рис. 4.3S. Испарительная установка /—подача сточной воды; 2—подогреватель воды; 3 —
испарительная колонна с насадкой; 4 — трубопровод загрязненного пара; 5 — ввод растворителя; 6 —
скруббер; 7 — вентилятор; 8 —- трубопровод циркуляционного пара; 9 — отвод растворителя с
отогнанным загрязняющим веществом; 10 — трубопровод очищенной воды; 11 — подача свежего пара
339

верх колонны, поступают в конденсатор. Конденсат после дополнительного
охлаждения направляется в сепаратор, где разделяется на два слоя — водный
и органический. Водный слой из сепаратора сбрасывается в емкость исходной
сточной воды, а загрязняющий компонент поступает на дальнейшую
переработку или на повторное использование.
Эвапорационные методы применяют для очистки сточных вод
коксохимических и химических заводов, заводов синтетического каучука и др.
При выпаривании растворов, содержащих летучие вещества, последние
переходят в паровую фазу и удаляются из раствора вместе с паром. На этом
основан ы все процессы перегонки, нашедшие применение при очистке сточных
вод от летучих органических веществ, в частности фенолов.
Принципиальная схема такой установки, обычно называемой эвапорацион-
ной, приведена на рис. 4.35.
Сорбция — эффективный метод глубокой очистки сточных вод.
Эффективность обусловлена тем, что сорбенты способны извлекать из воды многие
неорганические и органические соединения, в том числе и биологически
жесткие, не удаляемые из нее другими методами. При использовании
высокоактивных сорбентов воду можно очистить от загрязняющих веществ
практически до нулевых остаточных концентраций. Сорбенты могут извлекать
вещества из воды при любых концентрациях, в том числе малых, когда другие
методы очистки оказываются неэффективными. Поэтому сорбцию применяют в
тех случаях, когда необходима особенно глубокая очистка сточной воды,
например при сбросе ее в водоем или водоток на ответственных участках.
В качестве сорбентов практически могут служить все мелкодисперсные
вещества, обладающие развитой поверхностью — опилки, зола, торф, глины,
коксовая мелочь, шелуха орехов и др. Чаще всего используются специально
приготовленные сорбенты — активированные угли, ионообменные смолы,
активированные природные сорбенты (например, бентонитовые глины).
Общепринятая классификация сорбентов: активированные угли, неорганические
сорбенты (природные материалы и отходы производства) и ионообменные смолы.
Лимитирующей (наиболее медленной) стадией процесса сорбции чаще
всего является диффузия сорбируемого вещества и в некоторых случаях
противодиффузия десорбированного вещества. Механизм процесса сорбции
различен на различных сорбентах: на активированных углях преобладает
молекулярная (физическая) сорбция, на ионитах — это ионообменная реакция
замещения; на неорганических сорбентах — молекулярная сорбция и хемо-
сорбция, т.е. физическая сорбция, сопровождающаяся химическим актом.
Процесс сорбции может осуществляться в статических и динамических условиях.
Как правило, из относительно прозрачных растворов сорбцию на
гранулированных сорбентах (активированных углях и ионитах) осуществляют в
340

Рис. 4.36. Выходная кривая дииамики сорбции:
Г — момент проскока вещества в фильтрате, с;
Ts~Tiri + ЬТ— время полной отработки слоя
загрузки,' с; С/С0 — отношение концентрации
компонента в фильтрате к концентрации его в
исходном растворе
I, V I, лт I
динамических условиях; тогда о ходе процесса судят по так называемой
выходной кривой сорбции (рис. 4.36).
Сорбция в статических условиях используется, если сорбент представляет
собой тонкодисперсное вещество (природные сорбенты, отходы производства)
или сорбцию необходимо осуществлять из пульпы на гранулированном
сорбенте.
Сорбция на активных углях является одним из наиболее эффективных
методов очистки промышленных вод, содержащих органические примеси; она
позволяет добиться глубокой очистки воды до ПДК вредных веществ в воде
промышленного, оборотного, санитарно-бытового и рыбохозяйственного
использования с одновременной утилизацией или деструктивным
разрушением извлеченных веществ. Чаще всего этот метод применяют в комплексных
схемах глубокой очистки сточных вод, включающих механическую, физико-
химическую, биологическую и адсорбционную очистку.
Достоинства метода — возможность адсорбции веществ из
многокомпонентных смесей, а также высокая эффективность, особенно при очистке
низкоконцентрированных сточных вод. С технико-экономической точки зрения
адсорбция весьма эффективна для извлечения из сточных вод ценных продуктов
с целью использования их в замкнутом цикле основного производства
(например, золота, урана, рения, молибдена и др.).
Себестоимость очистки сточных вод от органических примесей зависит от
масштабов производства, качественного и количественного состава сточных
вод, необходимой степени их очистки. Стоимость очистки возрастает с
увеличением концентрации извлекаемого компонента.
Активные угли нашли широкое применение для очистки бытовых сточных
вод и сточных вод некоторых химических предприятий. Обычно сорбция на
активных углях используется в комбинации с другими методами очистки,
например с микробиологической очисткой или с озонированием.
Эффективными сорбентами являются активные угли различных марок.
Пористость этих углей составляет 60-75 %, а удельная поверхность 400-900 м2/г.
¥
i
с
D
341

Адсорбционные свойства активных углей в значительной мере зависят от
структуры пор, их величины, распределения по размерам. В зависимости от
преобладающего размера пор активные угли делятся на крупно- и
мелкопористые и смешанного типа. Поры по размеру подразделяют на три вида:
макропоры размером 0,1-2 мкм, переходные размером 0,004-0,1 мкм, микропоры
размером менее 0,004 мкм.
Макропоры и переходные поры играют, как правило, роль
транспортирующих каналов, а сорбционная способность активных углей определяется в
основном микропористой структурой. Растворенные органические вещества,
имеющие размеры частиц менее 0,001 мкм, заполняют объем микропор
сорбента, полная емкость которых соответствует его поглощающей способности.
Ниже будет представлен материал об активированных углях, производимых
в РФ и широко используемых в практике водоподготовки и очистки сточных
вод.
Отметим, что основным вопросом возникающим при применении
активированных углей на очистных сооружениях, является проблема регенерации
отработанного угля.
В целом расходы на регенерацию составляют около половины стоимости
свежего угля. Методов регенерации несколько. Самый простой — тщательная
продувка отработанного угля перегретым «мокрым» паром, либо нагретым
инертным газом.
Температура перегретого пара при этом (при избыточном давлении 0,3-
0,6 МПа) равна 200-300 °С, а инертных газов 120-140 СС. Расход пара при
отгонке легколетучих веществ равен 2,53 кг на 1 кг отгоняемого вещества, для
высококипящих — в 5-10 раз больше. После десорбции пары конденсируют,
и вещество извлекают из конденсата. Для регенерации углей может быть
использована и экстракция (жидкофазная десорбция) органическими низкоки-
пящими и легко перегоняющимися с водяным паром растворителями. При
регенерации органическими растворителями (метанолом, бензолом, толуолом,
дихлорэтаном и др.) процесс проводят при нагревании или без нагревания. По
окончании десорбции остатки растворителей из угля удаляют острым паром
или инертным газом. Для десорбции адсорбированных слабых органических
электролитов их переводят в диссоциированную форму. При этом ионы
переходят в раствор, заключенный в порах угля, откуда их вымывают горячей
водой, раствором кислот (для удаления органических оснований) или раствором
щелочей (для удаления кислот).
В том случае, когда адсорбированные вещества не представляют ценности,
проводят деструктивную регенерацию химическими реагентами (окислением
хлором, озоном и др.).
Наиболее глубокая очистка достигается с применением метода термической
обработки в безокислительной атмосфере. Намытый на сетку слой отработан-
342

ного угля медленно двигается и нагревается до температуры 860-930 °С в
вертикальной цилиндрической печи, оставаясь там около двух суток, а затем
входит в зону охлаждения при медленном понижении температуры до 80 °С. При
подаче воды полученная очищенная угольная пульпа перекачивается в сорб-
ционный фильтр для намыва фильтровального слоя. Регенерация
продолжается 5-7 сут в непрерывном режиме. Технология давно используется за
рубежом, но в отечественной практике до сих пор таких печей нет. Эффективность
регенерации — 98-99 %.
Бентонитовые глины могут быть активными сорбентами по отношению к
ионам цветных металлов. В институте «Казмеханобр» была определена сорб-
ционная емкость некоторых глинистых материалов по ионам кальция, кадмия,
цинка и меди, которая составила 25-40 мг/дм для каждого иона; емкость
вермикулита достигает 60 мг/дм . Для очистки растворов от ионов цветных
металлов при их концентрации до 50 мг/дм' расход природных глинистых
материалов составляет не менее 20 г/дм3 очищаемого раствора. Очищаемые сточные
воды, смешанные с природными глинами, отстаиваются очень медленно.
Существуют методы улучшения коагулирующих и сорбционных свойств
природных глин, В частности их химическая активация. Например, воздействие
серной кислоты на бентонитовую глину приводит к разрушению
кристаллической решетки минерала, в связи, с чем очищаемые сточные воды
осветляются быстро. Основной причиной повышения сорбционной способности
бентонитовых глин, обработанных минеральными кислотами и щелочами, является
частичное растворение полуторных оксидов и оксидов металлов в процессе
активации, что приводит к значительному изменению пористой структуры
глинистых минералов. Для активации природных сорбентов может быть
использована их термическая обработка.
Предварительно обожженный при температуре 750 °С вермикулит
поглощает в статических условиях, иг/г. 32, никеля; 66 меди; 39 цинка; 39 хрома. В
динамических условиях сорбционная способность составила, мг/г. 290
никеля; 120 меди; 150 цинка; 50 хрома, что близко к результатам, полученным на
ионообменных смолах. Технология рекомендована для очистки сточных вод.
Неорганическими называют любые сорбенты, не относящиеся к классу
активных углей и к классу синтетических органических сорбентов — ионитам.
Таким образом, в понятие неорганические сорбенты входят отходы
производства (шлаки, шламы, зола, пыли) и природные сорбенты (глины, пески, волла-
стонит, сияикагели, цеолит, пермутит и т.п.). Те или иные сорбенты могут
использоваться как в натуральном виде, так и после их предварительной
обработки (активации или синтеза на их основе). Механизм процесса сорбции на
неорганических сорбентах может носить молекулярный характер,
аналогичный сорбции на активных углях, ионообменный, подобный процессам,
протекающим при ионном обмене или хемосорбционный; чаще всего имеет место
343

смешанный механизм сорбции. Применение неорганических сорбентов для
очистки сточных вод цветной металлургии весьма перспективно, главным
образом из-за их дешевизны.
Сорбционный метод нашел достаточно широкое применение для очистки
стоков от нефтепродуктов. В качестве сорбентов рекомендуются
активированный уголь, древесная и каменноугольная зола, древесные опилки, сера,
кварц, тальк, доломит, каолин, целлюлоза и т.д. для промышленной очистки
больших объемов сточных вод чаще всего применяют кварц, тальк, доломит и
известняк. Например, применение талька из расчета 740 мг/дм3 способствует
снижению содержания керосина в сточных водах обогатительных фабрик с 6
до 0,1-0,5 мг/дм3 (в зависимости от продолжительности агитации).
Применение пылевидных материалов (известковая и доломитовая пыленка) и
саморассыпающихся отходов производства (феррохромовый шлак и шлак электростале-
плавилытых печей металлургических заводов) из расчета 75-200 мг/дм и
агитация в течение 15 мин способствуют снижению содержания мазута с 500 до
10 мг/дм3, а при расходе до 400 мг/дм3 — до 5 мг/дм3.
В зарубежной практике иногда используют шлам водоумягчительных
установок. Входящий в его состав карбонат кальция эффективно адсорбирует
нефтепродукты (на 1 кг карбоната кальция адсорбирует 500 г нефти). Очистка
сточной воды от нефтисуспензий карбоната кальция снижает концентрацию
последней с 200-400 до 2-5 мг/дм3. Эффективность очистки может быть
улучшена добавлением кварцов в количестве 30-50 мг/дм3.
Предприятия цветной металлургии являются энергоемким производством,
поэтому рядом с ними обычно расположены мощные тепловые
электростанции, на которых сжигается твердое топливо в пылевидном состоянии.
Образующаяся при этом зола (до нескольких тонн в сутки) сбрасывается с помощью
гидротранспорта в специальные золоотвалы. Отход производства, каким
является зола ТЭЦ, может быть использован в качестве сорбента для очистки
сточных вод близлежащих предприятий.
Исследования физико-химических свойств золы, получаемой при сжигании
карагандинских и кузбасских углей, показали, что зола представляет собой
сложный сорбент, состоящий из муллита 3Al203-2Si02, кварца, неоднородной
по составу фазы, напоминающей цеолит пЫагО-т Si02-aAl203, и несгоревших
частиц угля. Частицы угля, прошедшие термическую обработку в топках,
превращаются в активизированный уголь, содержание которого в золе составляет
10-15 %. Сорбционная емкость золы невелика: по меди 15-20, по цинку 7-Ю
и по свинцу 4-7 мг/г. Золу ТЭЦ можно использовать не только для удаления
ионов цветных металлов, но и для удаления нефтепродуктов и мышьяка. Так,
при расходе золы 3-5 г/дм3 раствора очистка от нефтепродуктов и мышьяка
составила соответственно 70-75 и 90-94 %.
344

Хорошими сорбентами могут являться поликремневые кислоты, входящие в
состав шлаков, шламов и других отходов производства в ряду поликремневых
солей многозарядных металлов поликремневый кальций обладает наиболь-
шей растворимостью. Это обеспечивает выход мономерного иона Si02 в
раствор до его насыщения, достаточного для осаждения соответствующего
силиката MeSi03, имеющего значительно меньшую растворимость в
нейтральной среде. В связи с этим отходы производства, содержащие силикаты
кальция, обладают хорошими сорбционными свойствами. Известно, что шлаки
шахтной свинцовой и медной плавок, шламы алюминиевых заводов, клинкер,
получающийся после вельцевания цинковых кеков, содержат достаточное
количество этих веществ.
Относительно хорошие результаты по сорбции меди и цинка были получены
в опытах с использованием в качестве сорбента шлака свинцовой плавки:
степень очистки от меди и цинка составила 95-98 %. Немагнитная фракция
клинкера способна извлекать из раствора медь и мышьяк на 90-95 %, но для
очистки сточных вод от цинка этот материал непригоден. Незначительна сорб-
ционная емкость по меди и цинку у шлака отражательной плавки сульфидных
медных концентратов. Наилучшие результаты получены в опытах с
использованием актюбинского феррохромового шпака; его сорбционная емкость
возрастает с увеличением содержания в нем оксида кальция. Использование
высокоосновных шпаков позволяет очищать растворы от ионов цветных металлов до
ЦЦК. Наиболее активный феррохромовый шлак имеет емкость по меди 80-
100 и по цинку 50-60 мг/г. Промышленные испытания с использованием
феррохромового ишака показали реальную возможность очистки промышленных
сточных вод от ионов цинка, меди, кадмия, свинца и других компонентов.
В технологии очистки сточных вод неорганическими сорбентами большое
значение имеет величина рН исходного раствора. В сильнокислом растворе
(рН < 2), содержащем до 100 мг/дм3 ионов цветных металлов, степень очистки
снижается и возрастает расход сорбента, так как часть его расходуется на
нейтрализацию раствора. Оптимальным значением рН следует считать 3-9. Более
глубокой степени очистки можно добиться, увеличивая либо расход сорбента,
либо время контакта раствора с сорбентом. Применение противоточной
системы позволяет максимально использовать сорбционную емкость
неорганических сорбентов при статическом методе (с перемешиванием сорбента).
Применение неорганических сорбентов для очистки сточных вод показыва-
т* что эт°т метод является одним из наиболее перспективным, главным
образом из-за дешевизны и доступности сорбентов.
Один из видов сорбции — ионный обмен, давно и достаточно успешно
используется в процессах водолодготовки и очистки сточных вод для извлече-
ия радиоактивных, токсичных, дорогостоящих или мешающих какому-либо
345

технологическому процессу веществ, а также для получения обессоленной
воды. Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с
твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в
ней, на другие ионы, присутствующие в растворе вещества, составляющие эту
твердую фазу, носят название ионитов. Они практически не растворимы в воде.
Те из них, которые способны поглощать из растворов электролитов
положительные ионы, называются катионитами, отрицательные ионы — анионита-
ми. Первые обладают кислотными свойствами, вторые — основными. Если
иониты обменивают и катионы, и анионы, их называют амфотерными.
Поглотительная способность ионитов характеризуется обменной емкостью,
которая определяется числом эквивалентов ионов, поглощаемых единицей
массы или объема ионита. Различают полную, статическую и динамическую
обменные емкости. Полная емкость — это количество поглощаемого
вещества при полном насыщении единицы объема или массы ионита. Статическая
емкость — это обменная емкость ионита при равновесии в данных рабочих
условиях. Статическая обменная емкость обычно меньше полной.
Динамическая обменная емкость - это емкость ионита до «проскока» ионов в
фильтрат, определяемая в условиях фильтрации. Динамическая емкость меньше
статической.
Природные и синтетические иониты. Иониты (катиониты и аниониты)
бывают неорганические (минеральные) и органические. Это могут быть
природные вещества или вещества, полученные, искусственно.
К неорганическим природным ионитам относятся цеолиты, глинистые
минералы, полевые шпаты, различные слюды и др.
Катионообменные свойства их обусловлены содержанием алюмосиликатов
THnaNa20-Al203-??Si02-mH20. Ионообменными свойствами обладает также фго-
рапатит [Ca5(P04K]F и гидроксидапатит [Са5(Р04K]ОН к неорганическим
синтетическим ионитам относятся силикагели, пермутиты, труднорастворимые
оксиды и гидроксиды некоторых металлов (алюминия, хрома, циркония и др.).
Катионообменные свойства, например, силикагеля, обусловлены обменом
ионов водорода гидроксидньтх групп на катионы металлов, проявляющиеся в
щелочной среде. Катионообменными свойствами обладают и пермутиты,
получаемые сплавлением соединений, содержащих алюминий и кремний.
Органические природные иониты — это гуминовые кислоты почв и углей.
Они проявляют слабокислотные свойства. Для усиления кислотных свойств и
обменной емкости угли измельчают и сульфируют в избытке олеума. Сульфо-
угли являются дешевыми полиэлектролитами, содержащими сильно- и
слабокислотные группы. К недостаткам таких, ионитов следует отнести их малые
химическую стойкость и механическую прочность зерен, а также небольшую
обменную емкость, особенно в нейтральных средах.
346

К органическим искусственным ионитам относятся ионообменные смолы с
развитой поверхностью. Они-то и приобрели наибольшее практическое
значение для очистки сточных вод. Синтетические ионообменные смолы
представляют собой высокомолекулярные соединения, углеводородные радикалы
которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней
ионообменными функциональными группами. Пространственная углеводородная
сетка (каркас) называется матрицей, а обменивающиеся ионы — противоио-
нами. Каждый противоион соединен с противоположно заряженными
ионами, называемыми фиксированными, или анкерными. Полимерные
углеводородные цепи, являющиеся основой матрицы, связаны (сшиты) между собой
поперечными связями, что придает прочность каркасу.
При сокращенном написании ионита матрицу обозначают в общем виде (R),
а активную группу указывают полностью. Например, сульфокатиониты
записывают как RS03H. Здесь R — матрица, Н — противоион, S03 — анкерный
ион.
Иониты получают методом сополимеризации или сололиконденсации с
последующим сшиванием образующихся цепей. В конденсационных ионитах
сшивание — образование поперечных связей — осуществляется за счет мети-
леновых (-СН2-) или метановых (-СН-) мостиков, а также азотсодержащих
группировок, в полимеризационных — чаще всего при помощи п-дивинил-
бензола и его изомеров. Число таких поперечных связей определяет размер
ячеек сетки и жесткость матрицы.
В зависимости от степени диссоциации катионообменные смолы бывают
сильно и слабокислотные, а анионообменные — сильно- и слабоосновные. К
сильнокислотным относят катиониты, содержащие сульфогруппы (SOJH) или
фосфорнокислые группы [РО(ОНJ] к слабокислотным — карбоксильные
(СООН) и фенольные (С6Н5ОН) группы. Сильноосновные иониты содержат
четвертичные аммониевые основания (RJSIOH), слабоосновные —
аминогруппы различной степени замещения (-NH2; = NH; =N).
Иониты, содержащие одинаковые активные группы, называются
монофункциональными, а иониты, которые содержат функциональные группы
различной химической природы, — полифункциональными. Они могут обладать
смешанными, сильно и слабоосновными свойствами.
Катиониты в качестве противоионов могут содержать не ионы водорода, а
ионы металлов, т.е. находиться в солевой форме. Точно также и аниониты
могут находиться в солевой форме, если в качестве противоионов они содержат
не ионы гидроксида, а ионы тех или иных кислот.
При нагревании ионитов в воде и на воздухе возможно разрушение их зерен
отщепление активных групп, что приводит к уменьшению емкости. Для
каждой смолы имеется температурный предел, выше которого ее использовать
347

нельзя. В общем случае термическая устойчивость анионитов ниже, чем кати-
ОНИТОВ.
Величина рН сточной воды, при которой происходит обмен ионами, зависит
от константы диссоциации ионообменных групп смолы. Сильнокислотные
катиониты позволяют проводить процесс в любых средах, а слабокислотные
— в щелочных и нейтральных. Так, катиониты с карбоксильными группами
обмениваются ионами при рН > 7, а с фенольными группами при рН > 8.
Иониты в контакте с водой не растворяются, но поглощают некоторое
количество воды и набухают, являясь гелями с ограниченной набухаемостыо. При
набухании ионитов размер микропор возрастает от 0,5-1,0 нм до 4 нм, а
размер микропор составляет 70-130 нм. При этом объем ионитов увеличивается
в 1,5—3 раза. Степень набухания зависит от строения смолы, природы проти-
воионов, от состава раствора. Набухание влияет на скорость и полноту обмена
ионов, а также на селективность ионита, Оно прекращается после того, как
разность осмотических давлений до и после обмена уравновесится упругими
силами растяжения и сжатия ионита. Сильно набухающие смолы, называемые
гелеобразными, имеют удельную обменную поверхность 0,1-0,2 м /г.
Макропористые иониты обладают развитой обменной поверхностью, равно 60-80 м /
г. Синтетические иониты набухают в воде больше имеют большую обменную
емкость, чем природные. Срок службы синтетических катионитов
значительно больше, чем анионитов. Это объясняется низкой стабильностью групп,
которые в анионитах выполняют роль фиксированных ионов.
Селективность обмена зависит от величины давления набухания в порах
смолы и от размера пор ионита. При малом размере пор большие ионы не
могут достичь внутренних активных групп. В целях повышения
селективности ионитов к определенным металлам в состав смолы вводят вещества, спосоо-
ные образовывать с нонами этих металлов внутрикомплексные соединения
(хелаты). Установлены ряды ионов по энергии их вытеснения из сильно- и
слабокислотных катионов. Например, для сильнокислотного сульфокатиона
КУ-2 получен следующий ряд: Н+ < Na+ < NH4* < Mg2+ < Zn2+ < CO24' < Cu <
Cd2!" < Ni2+ <Ca2+ < Sr2+ <Pb2+ <Ba2+. Для слабокислотного катионита КБ-4: Mg
<Ca2+<Ni2i<C02+<Cu2+.
Иониты выпускают в виде порошка (размер частиц 0,04-0,07 мм), зерен @,3-
2,0 мм), волокнистого материала, листов и плиток. Крупнозернистые иониты
предназначены для работы в фильтрах со слоями значительной высоты I
3 м), порошкообразные — со слоями высотой 3-10 мм.
Размер частиц ионита влияет на перепад давления в фильтрах: с уменьшение
размера частиц перепад давления в слое увеличивается. Исходя из этого,
мельчение ионитов в процессе очистки нежелательно. Это приводит не толь
к росту сопротивления фильтра, но и к неравномерному распределению ск
ростей потока сточной воды по сечению фильтра.
348

В результате столкновения зерен ионита друг с другом, а также ударов о
стенки аппаратуры происходит истирание ионитов. Механически прочными
принято считать иониты, степень истираемости которых не превышает 0,5 %.
нить! Должны быть также химически и термически стойкими. Химическая
стойкость оценивается по изменению полной обменной емкости и изменению
массы ионита.
Ряд смол, выпускаемых в РФ, имеет произвольное назначение (Н, НО, ВС).
Некоторые названия отражают состав смол: СДВ—стиролдивинилбензол; ЭДЭ
— этилендиаминатиленхлоргидрин; МСФ — моносульфат и др. В последнее
время в маркировке смол для катионитов употребляют букву К, для
обозначения анионитов — А. Буква В — (после А) записывается для высокоосновных
анионитов, буква Н — для низкоосновных анионитов. Числовое обозначение
указывает порядковый номер производственной серии. Например, КУ — ка-
тионит универсальный; КФ — катионит фосфорнокислый; АВ — анионит
высокоосновный: АН — аниониг низкоосновный.
Смолы зарубежных стран часто имеют названия фирм изготовителей.
Отечественная промышленность выпускает ряд катионитов и анионитов
(табл. 4.16,4.17). Ниже приведены некоторые марки ионитов и их зарубежных
аналогов:
Отечественные иониты Зарубежные аналоги
КУ-2-8 Амберлит 1R-120, дауэкс-50, диайон, SK-1A,
зеролит 225, имак С-12, леватит S-100, вофатит
KRS-200, варион KS, дуолайт С-20, алласьон CS,
кастель С-300Р, катекс-5
КУ-23 Леватит SP-120, кастель С-300Р, амберлит 15А,
варион KSM
КБ-2, КБ-2-4 Варион KSM, вофатит СР, дуолайт СС-3, йонайк
С-270, пермутит Н-70, пермутит С
КБ-2-7П, КБ-2-10П Варион KSM, дуолайт С-464, имак Z-5
КБ-4, КБ-4Б-2 Амберлит IRA-50, варион СР, зеролит 226,
цеокарб 226
АВ-17-8 Амберлит IRA-400, дауэкс-1, зеролит FF, дуолит
А-10Ш, кастель А-500, диайон SA-10A, вофатит
SBW, леватит М-500, варион АТ-660
АВ-29-12П Дуолайт А-162, варион AMD, диайон РА-404,
леватит МР-600, амберлит А-29, амберлит IRA-
910, релит 2 AS
АН-22-8 Варион AED
КУ-1 Амберлит ША-100, йонайк С-200, вофатит К
ЭДЭ-10П Дуолайт А-30, кастель А-100, вофатит L-150,
вофатит L-160, вофатит Ы65
АН-2ФН Амберлит IR-4B
349

350
!§*
II1
f i
"86
йш
° 8
II
НЮ
11
кг
= z t?
Ill
о
1
§
ВС
о
ч
ё
о
о
8
о
.is:
I I
a BBS s
•&Е
111

I
e
Й
в
ft
s
§
о
о
!■
I
s
is
о
С
&£ §
ЕЕ Э
о
в:
I
s
к
Г4
w
oo
4-.
О
T
О
I
О
о
о
■4J-
г—
2
&S
«т.
in
-а-
1>_
о
i
i
oo
с?
о
4D
ё
8
о
1,
ft
О
о
о
о
го
is
с^
Г$
о
«г
«л
if
го ^
i
о
_ о
о о
Оч —
л
ей
ё g
sis
ego
OJ
«El, о V
5 Kv&
э
Pi
0! &
pi
S
gaff
! g oo
H
ID
i
F>
La
f
CO
о к
О g
b
I
a.
ts
IS
7
>Л
о
о
r-
m
go
3 8
К
8
I
§
oo
О
с
< ^ СП
ЧО
cc
Г0
B

Реакция ионного обмена протекает следующим образом:
при контакте с катионом
RSO3H + HCI <->RS03Na+HCl;
при контакте с анионом
ROH + НС1 о RC1 + NaOH; D.42)
Ионный обмен происходит в эквивалентных отношениях и в большинстве
случаев является обратимым. Реакции ионного обмена протекают вследствие
разности химических потенциалов обменивающихся ионов. Б общем виде эти
реакции можно представить следующим образом:
тА + RmB <-> mRA + В. D.43)
Реакция идет до установления ионообменного равновесия.
Скорость установления равновесия зависит от внешних и внутренних
факторов: гидродинамического режима жидкости; концентрации
обменивающихся ионов, структуры зерен ионита, его проницаемости для ионов. Имеются
разные точки зрения на механизм ионного обмена.
Процесс переноса вещества может быть представлен в виде нескольких
стадий: I) перенос ионов А из ядра потока жидкости к внешней поверхности
пограничной жидкой пленки, окружающей зерно ионита; 2) диффузия ионов через
пограничный слой; 3) переход иона через границу раздела фаз в зерно смолы;
4) диффузия ионов А внутри зерна смолы к ионообменным функциональным
группам; 5) собственно химическая реакция двойного обмена ионов А и В; 6)
диффузия ионов В внутри зерна ионита к границе раздела фаз; 7) переход ионов
В через границу раздела фаз на внутреннюю поверхность пленки жидкости; 8)
диффузия ионов В через пленку; 9) диффузия ионов В в ядро потока
жидкости.
Скорость ионного обмена определяется самой медленной из этих стадий —
диффузией в пленке жидкости либо диффузией в зерне ионита. Химическая
реакция ионного обмена происходит быстро и не определяет суммарную
скорость процесса.
Функциональную зависимость противоионного состава ионита от проти-
воионного состава внешнего раствора при постоянных температуре и
давлении называют изотермой ионного^обмена. Изотермы изображаются
графически в безразмерных координатах а.~ я.:
а* = ад£ад и о, = z&Yzfi, D.44)
352
D.41)

где о. и aL— эквивалентные доли г-го соответственно в фазе ионита и в
растворе; с. и е.; — концентрация /-го иона в ионите и растворе в условиях
равновесия системы, моль ионов на ] г ионитов; Z. — заряд г-го иона.
Величины а. и а. изменяются в интервале от 0 до 1, следовательно изотермы
обмена а. =/<х) изображаются в квадрате, сторона которого равна единице.
Отношение а/а. называют коэффициентом распределения г-го иона при
сорбции Kfl. Этот коэффициент является мерой обогащения или обеднения
ионита данным веществом. При Kpi < 1 ионит обеднен, а при Кр! > 1 обогащен
компонентом i по сравнению с равновесным раствором.
Если в растворе содержится не один, а несколько ионов, например А и В, то
селективность ионита оценивается коэффициентом селективности
(избирательности) КАВ, равным отношению коэффициентов распределения
конкурирующих ионов:
ка.в=Крл/к9в =аАав1аАав = слсв1сАсв. D.45)
При Кл в > 1 ионит селективен к иону А; при КА в < 1 избирательно
сорбируется ион В; при КАВ = 1 ионит не проявляет селективности ни к одному из
ионов.
Если обменная реакция описывается в общем виде уравнением D.45), то
равновесие ионообменных процессов можно выразить следующей формулой:
*ля =(сАсвП^св) ={yAlxAY(xBlyBWWl, D.46)
где КАВ — константа равновесия; с — концентрация ионов в твердой фазе: с
— концентрация ионов в жидкой фазе; х = clc0 — безразмерная концентрация
в жидкой фазе; у = с/6 — безразмерная концентрация в твердой фазе; с0 —
общая «эквивалентная концентрация ионов в жидкости; О—обменная емкость
смолы (значение находится в пределах т и 1).
Форма изотермы зависит от величины KAJ. при КАВ > 1 изотерма выпуклая,
ПРИ КА в < 1 — вогнутая, а при КАВ = 1 — линейна и совпадает с диагональю.
При концентрации веществв в сточных водах менее 0,003 моль/л, или,
точнее, при В.« 1, скорость обмена определяется диффузией ионов через пленку
жидкости (пленочная кинетика). При концентрации 0,1 моль/л (или В,» 1)
скорость процесса определяется диффузией ионов внутри зерна (гелевая
кинетика). В области концентраций 0,003-0,1 моль/л определяющими являются
оба вида диффузии. Здесь В, = $rJ(KrD) — число Био; Р — коэффициент мас-
соотдачи; г0 — радиус зерна иона; К г — константа Генри; D — коэффициент
массопроводности.
Коэффициенты диффузии различных ионов в смоле имеют порядок КГ'-Ю
смг/с, а в воде 10^-Ю сЛ Коэффициент диффузии снижается при увеличе-
353

нйи размера гидратированных ионов в растворе и росте заряда
обменивающихся противоионов смолы.
Для внешне диффузионной области при значениях числа Reg от 2 до 30 для
расчета коэффициента массоотдачи может быть использована следующая
зависимость:
Nu3 = 0Э725 Re3°'47PrDI/23 D.47)
где Nu3 = fidJD — число Нуссельта; Rea = wdjv — число Рейнольдса; Ргд = vID
■—■ число Прандтля.
Катиониты регенерируют 2-8 %-ми растворами кислот. При этом они
переходят в Н-форму. Регенерационные растворы — элюаты содержат катионы.
Затем после взрыхления и промывки катиониты заряжаются, например в Na-
форму, путем пропускания через них раствора поваренной соли. Тогда Н-фун-
кциональные группы, получающиеся при регенерации катионита кислотой,
заменяются на Na -группу, а используемый для зарядки раствор поваренной
соли подкисляется до соляной кислоты.
Отработанные аниониты регенерируют 2-6 %-ми растворами щелочи. Ани-
ониты при этом переходят в ОН-форму.
Элюаты содержат в сконцентрированном виде все извлеченные из сточных
вод анионы. При необходимости регенерируемый анионит из ОН-формы можно
перевести в С1-форму, пропуская раствор NaCl. В отработанном заряжающем
растворе накапливается едкий натр. Элюаты, представляющие собой
растворы кислот и щелочей, нейтрализуют или обрабатывают с целью рекуперации
ценных продуктов. Нейтрализацию проводят смешением кислых и щелочных
элюатов, а также дополнительным введением кислоты или щелочи.
Степень регенерации (в %) определяют по формуле
ct-iooG/e, D48)
где 6в — восстановленная обменная емкость; 6п — полная обменная емкость.
Па степень регенерации влияет тип ионита, состав насыщенного слоя,
природа, концентрация и расход регенерирующего вещества, температура, время
контакта и расход реагентов.
Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят на установках
периодического и непрерывного действия. Первые состоят из аппаратов
(фильтров или колонн) периодического действия, насосов, емкостей и контрольно'
измерительных приборов.
Схемы установок с одним аппаратом приведены на рис. 4.37. Они
отличаются системой регенерации ионита. При схеме а регенерирующий раствор
готовят непрерывно при подаче в эжектор воды и концентрированного раствора
кислоты или щелочи. Подачу кислоты или щелочи прекращают после пропус-
354

Сточная
Промывная вода,
регенерат
Промывная
вода
Сточная^
Очищенная
Сточная
Вода
\
Очищенная
вода
3 v \ lri Вода
Регенерат
~* Серная
кислота
Вода
Серная кислота (щелочь)
1 *~* ' Сточна:
Регенерат
ОчищеннаяГ
!{У1~Л LZl Г]
Вода, серная кислота (щелочь)
Рис. 4.37. Схемы ионообменных установок периодического действия: а — с проточной
регенерацией; б — с оборотом части регенерата; в — с фракционированием регенерата; г — с «плавающим»
фильтром; J — фильтры; 2 — эжектор; 3 — емкости для регенерата; 4 — емкости для промывных вод
кания через ионит заданного объема регенерационного раствора. Однако
подачу воды продолжают для отмывки ионита от регенерационного раствора.
Элюат и промывные воды после нейтрализации сбрасывают в канализацию.
По схеме б регенерирующий раствор готовится в специальной емкости.
В этом случае достигается сокращение расхода регенерирующего агента и
объема регенератора, так как регенерационный раствор готовят путем
добавления к первой порции промывной воды концентрированного реагента. В
результате часть реагента находится в обороте.
Наименьший расход реагентов достигается в схеме с фракционированием
регенерата (схема в). Регенерат разделяют на отдельные фракции и собирают в
емкости. Первую фракцию, более концентрированную, направляют на
переработку. Промывную воду собирают также в две емкости. При следующей
регенерации в качестве первой фракции регенерационного раствора используют
вторую фракцию от предыдущей регенерации, доукрепленную до заданной
концентрации реагентом.
В схеме г с «плавающим» фильтром получают более концентрированные
регенераты. Очищаемую воду последовательно пропускают через два
фильтра. При начале проскока во втором фильтре подключают отрегенерированный
3S5

Воздух
^Очищенная
Промывная
вода Ipc снерирующий
раствор
Рис. 4.38. Схемы ионообменных установок: а —
периодического действия: / — колонна; 2 — решетка; 3 —
слой ионита; 4-6— распределители; 7— бак с
регенерирующим раствором; S—насос; б—с намывным
фильтром: 1 — корпус; 2 — фильтрующий элемент; 3 —
емкость для приготовления суспензии ионита; 4 — насос;
5 — сборник отработанного ионита; е — с движущимся
слоем смолы: / — корпус; 2 — разделительная зона; 3
— слой смолы; 4 — тарелка; 5 — эрлифт
N
Вода
Иониты
^т
Сточная вода
Иониты
Смола
Воздух
третий фильтр, а первый по ходу воды выводят на регенерацию и т.д.
Регенерацию отработанного фильтра можно производить по описанным выше
вариантам.
Режим работы периодической установки (рис. 4.38, а) сводится к
следующему. Сточная вода поступает внутрь аппарата, проходит слой ионита и выходит
через распределитель. Далее подают промывную воду, а затем
регенерирующий раствор. Таким образом, цикл работы аппарата состоит из следующих
стадий: 1) ионообмен; 2) отмывка ионита от механических примесей; 3)
регенерация ионита; 4) отмывка ионита от регенерирующего раствора.
Работа установки может быть интенсифицирована путем использования
аппаратов с кипящим слоем ионита. Скорость процесса в этом случае
увеличивается в 2-3 раза. Взвешенный слой имеет меньшее гидравлическое
сопротивление.
Для глубокой финишной доочистки воды присоединяют установки со
смешанным слоем анионитов в катионитов. В них иониты используют однократно
или с внутренней или выносной регенерацией.
Схема установки с намывным фильтром показана на рис.4.38, б.
Приготовленную в емкости суспензию ионитав воде насосом направляют, на циркуляции
через фильтр до тех пор, пока на фильтрующих элементах не образуется шот-
356

ный слой ионитов толщиной 5-10 мм. После этого подают на очистку
сточную воду. Отработанный ионит удаляют из фильтра воздухом на регенерацию.
После намывки нового споя ионита цикл повторяют. Такие установки
целесообразно использовать при очень малом содержании солей в сточной воде.
Недостатки установок периодического действия: большие объемы
аппаратов, значительный расход реагентов, большая единовременная загрузка
сорбента, сложность автоматизации процесса.
Непрерывный ионообмен дает возможность уменьшить затраты смолы,
реагентов для регенерации; промывной воды, а также применять более
компактное оборудование по сравнению с периодическим ионообменником. Колонны
непрерывного действия могут работать как с движущимся слоем смолы, так и
с кипящим слоем. Установки непрерывного действия содержат несколько
ионообменных аппаратов с катионитом и анионитом.
Ионообменный аппарат должен удовлетворять следующим требованиям:
иметь необходимый рабочий объем; обеспечивать определенный
гидродинамический режим движения взаимодействующих фаз; требуемый уровень
насыщения ионообменной смолы, небольшое гидравлическое сопротивление;
капитальные и эксплуатационные затраты должны быть минимально
возможными.
Аппараты для ионного обмена классифицируются по разным признакам: 1)
по организации процесса — на аппараты непрерывного, полунепрерывного и
периодического действия; 2) по гидродинамическому режиму — на аппараты
вытеснения, смешения и промежуточного типа; 3) по состоянию слоя ионита
с неподвижным, движущимся, пульсирующим, перемешиваемыми
циркулирующим слоем; 4) по организации контакта взаимодействующих фаз — с
непрерывным и ступенчатым контактом фаз; 5) по организации взаимного
направления движения фаз — на прямоточные, противоточные и со смешанным
током; 6) по конструкции — на колонные и емкостные; 7) по способу подвода
энергии — без подвода энергии извне (с гравитационным движением твердой
фазы) и с подводом энергии извне (принудительное движение твердой фазы).
Ниже приведены схемы некоторых аппаратов. Схема колонны с
движущимся слоем смолы показана на рис. 4.38, е. Сточную воду подают снизу, а смолу
сверху. Колонна имеет сравнительно небольшую удельную производительность
— 1-5 м3/(м2 -ч), малоэффективна из-за сильного перемешивания фаз и
неравномерного распределения смолы по сечению колонны.
Для увеличения эффективности процесс, а используют колонну с псевдо-
ожиженным слоем или пульсацией. Колонна с тарелками провального типа
(рис. 4.39, а) имеет удельную производительность ЗСМ5 м3/(м2-ч). Тарелки с
лопатками расположены под углом 30°. Лопатки двух соседних тарелок
направлены в разные стороны. Это обеспечивает спиральное противоточное
движение сорбента и раствора.
3S7

1Смола
Очищенная
вода
Сточная
Смола на
регенерацию
V
„т
Воздух
Воздух
Элюат
Рис.4.39. Колонны для ионообменной очистки: а — с тарелками провального типа: 1 — корпус, 2
разделительная зона, 3 — тарелки, 4 — эрлифт; б — регенерапионная пневмопульсационная: / —
колонна, 2 — решетка, 3 — труба, 4 — распределитель раствора
Для регенерации смолы используют колонны с движущимся слоем, или пнем-
вопульсационные (рис. 4.39, б). Сорбент подают через коническую трубу. При
подаче воздуха смола в рабочем объеме аппарата движется навстречу
раствору и удаляется сверху; столб смолы в трубе действует как обратный клапан.
Можно проводить процесс регенерации при малой разности плотностей
раствора и сорбента.
В настоящее время достаточно широкое использование нашли смолы марки
АНКБ-35 (Черкасский химкомбинат) извлекающие из растворов
(промывочных, рудничных, шахтных вод и др.) преимущественно цветные металлы (Си,
Ni, Co, Zn и др.). За рубежом (ФРГ и др.) они выпускается под различными
товарными знаками (Dowex-la и др.), но принципиальных отличий не имеют.
Нижнетагильский завод «Уралхимпласт» выпускает низкоосновной анион АН-
31 и среднеосновной анионит ЭДЭ- 10П, которые способны образовывать
комплексы с рядом солей тяжелых металлов, извлекая их из сточных вод.
4.1.4. Электрохимические методы
Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных
примесей применяют процессы электролиза анодного окисления и катодного
восстановления, эле1сгрокоагуляции,электрофлокупяции и электродиализа. Все
эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду
постоянного электрического тока. Сюда же мы относим и методы
гальванокоагуляции.
Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные
продукты при относительно простой автоматизированной технологической
358

схеме очистки, без использования химических реагентов. Основным
недостатком этих методов является большой расход электроэнергии.
Очистку сточных вод электрохимическими методами можно проводить
периодически или непрерывно.
Эффективность электрохимических методов оценивается рядом факторов:
плотностью тока, напряжением, коэффициентом полезного использования
напряжения, выходом по току, выходом по энергии. Плотность тока — это
отношение тока к поверхности электрода, которое обычно выражают в А/м2
(А/см2, А/ дм2). Напряжение электролизера складывается из разности
электродных потенциалов и падения напряжения в растворе:
U= I - / + А/ + А/ + AU + AU м
а к а к эл днаф
D.49)
где Д/ и А/ — величина анодной и катодной поляризации; / и / — равно-
весные потенциалы анода и катода; AUM и At/ — падение напряжения в
электролите и диафрагме.
Падение напряжения в электролите (сточной воде) при отсутствии
пузырьков газа определяют по закону Ома:
ДС/м = ф8,
D.50)
удельное сопротивление,
где i — плотность тока в сточной воде, А/см ; р
Ом-см; 6 — расстояние между электродами, см.
При выделении газовых пузырьков, вследствие удлинения потока между
электродами АС/ возрастает. Отношение
эл
h =(/—ПС/
D.51)
называют коэффициентом полезного использования напряжения.
Выход но току -— это отношение
теоретически необходимого количества ?
электричества (находят по закону Фара-
дея) к практически затраченному,
которое выражают в долях единицы или в
процентах.
В электролизере, схема которого
показана на рис. 4.40 на положительном
электроде — аноде ионы отдают электроны,
т.е. протекает реакция
электрохимического окисления; на отрицательном
электроде — катоде происходит
присоединение электронов, т.е. протекает реакция РAС, 4<40, Схема ^^ош^ь, j _ KQp.
восстановления. пус; 2 — анод; 3 — катод; 4 — диафрагма
-
1
/-*
4-
\
/
** ~- т —
**" -*
\
i
1
-f^-n-T:^
^ — """ 1*К ■"*—"• — — ш*

Эти процессы разработаны для очистки сточных вод от растворенных ц^
месей (цианидов, роданидов, аминов, спиртов, альдегидов, нитросоединец,^
азокрасителей, сульфидов, меркаптанов и др.). В процессах электрохимии^
кого окисления вещества, находящиеся в сточных водах, полностью расца^
ются с образованием С02> NR, и воды или образуются более простые и нет0^
сичные вещества, которые можно удалять другими методами.
В качестве анодов используют различные электролитические нераство^
мые материалы: графит, магнетит, диоксиды свинца, марганца и рутения, ^
торые наносят на титановую основу.
Катоды изготовляют из молибдена, сплава вольфрама с железом или нц^
лем, из графита, нержавеющей стали и других металлов, покрытых молиб^
ном, вольфрамом или их сплавами. Процесс проводят в электролизерах с ^
афрагмой и без нее. Кроме основных процессов электроокисленля и в°сс{а
ковления, одновременно могут протекать электрофлотация, электрофоре^
электрокоагуляция.
Процессы анодного окисления используются также для обесцвечивания ст0^
ных вод от различных красителей, а также для очистки сточных вод ыеллюд0^
но-бумажных, нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других завод^
При прохождении сточной воды через межэлектродное пространство эле^
ролизера происходит электролиз воды, поляризация частиц, электрофор^
окислителыювосстановительные процессы, взаимодействие продуктов эле^
ролиза друг с другом.
При использовании нерастворимых электродов коагуляция может проис^
дить в результате электрофоретических явлений и разряда заряженных част^
на электродах, образования в растворе веществ (хлор, кислород), разруша^
щих сольватные слои на поверхности частиц. Такой процесс можно исполь^
вать для очистки вод при невысоком содержании коллоидных частиц и низк0(.
устойчивости загрязнений.
Для очистки промышленных сточных вод, содержащих высокоустоичивц
загрязнения, проводят электролиз с использованием растворимых стальцц
или алюминиевых анодов. Под действием тока происходит растворение iy,^
талла, в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия, ко^
рые, встречаясь с гидроксидными группами, образуют гидроксиды металлов ^
виде хлопьев. Наступает интенсивная коагуляция.
На процесс электрокоагуляции оказывает влияние материал электродов, paCs
стояние между ними, скорость движения сточной воды между электродами, 6е
температура и состав, напряжение и плотность тока. С повышением концен^
рации взвешенных веществ более 100 мг/дм3 эффективность электрокоагуц^
ции снижается. С уменьшением расстояния между электродами расход эне^
гни на анодное растворение металла уменьшается. Теоретический расход эле^
троэнергии для растворения 1 г железа составляет 2,9 Вт-ч, а 1 г алюминия ^
360

12 Втч. Электрокоагуляцию рекомендуют проводить в нейтральной или
слабощелочной среде при плотности тока не более 10 А/м2, расстоянии между
электродами не более 20 мм и скорости движения воды не менее 0,5 м/с.
Достоинства метода электрокоагуляции: компактность установок и
простота управления, отсутствие потребности в реагентах, малая чувствительность
к изменениям условий проведения процесса очистки (температура, рН среды,
присутствие токсичных веществ), получение шлама с хорошими структурно-
механическими свойствами. Недостатком метода является повышенный
расход металла и электроэнергии. Электрокоагуляция находит применение в
пищевой, химической и целлюлозно-бумажной промышленности.
Технологическая схема очистки сточных вод электрокоагуляцией показана
на рис. 4.41. Обезвоживание осадка проводят в фильтр — прессе или
центрифуге. Выделяющийся в процессе газообразный водород можно использовать
для флотации гидроксида. С этой целью в схеме очистки используют
электрокоагуляторы-флотаторы, или специальные флотационные аппараты, например
гидроциклоны-флотаторы. Замена отстойника на флотаторы позволяет
значительно уменьшить габариты установки, сократить капитальные, затраты и
получить менее влажный осадок гидроксида.
Электрокоагуляционную очистку сточных вод можно использовать для
очистки от эмульсий нефтепродуктов, масел, жиров (электрокоагулятор
представляет собой ванну с электродами).
Эффективность очистки от нефтепродуктов составляет 54-68 %; от жиров
92-99 % при удельном расходе электроэнергии 0,2-3,0 Вт-ч/м .
На практике наиболее широко используют безнапорные пластинчатые
электрокоагуляторы, направление движения жидкости в которых может быть
горизонтальным и вертикальным. Они могут быть однопоточными, многопо-
NaCl _jW_
I
Сточная 1
Л
ч
Очищенная
вода
Осадок
Ч
Рис. 4.41. Схема электрокоагуляциониой установки: 1 — усреднитель; 2 — бак для приготовления
раствора; 3 — источник постоянного тока; 4 — электрокоагулятор; 5 — отстойник; б — аппарат для
обезвоживания осадка
361

точными и смешанными. При многопоточной схеме движения вода проходит
одновременно через промежутки между электродами (параллельное
соединение каналов). При однопоточной схеме вода проходит между электродами
последовательно (последовательное соединение каналов), что уменьшает
пассивацию электродов. Скорость движения воды у однопоточных
электрокоагуляторов в п - 1 раз больше, чем у многопоточных (п — число электродов).
Полезный объем ванны электрокоагулятора (объем сточных вод, постоянно
находящихся в аппарате) равен
V=Qx, D-52)
jj XL, t
Расход железа на процесс
G=dcV, D-53)
Ток, обеспечивающий растворение железа за время т, равен
/ = GFe//ru-100/r|, D-54)
Рабочая поверхность анодов и общее их число определяют из соотношении
s-m, <4-55>
и=Ж, D-56)
Общее число электродов (катодов и анодов) составляет
и = 2и +1.
э а
Общий объем ванны электролизера равен
V =V +V,
D.57)
D.58)
где Q — расход сточных вод, м3/ч; т — время процесса, ч; d— удельный
расход железа на удаление определенного загрязнения, г/ч; с — исходная
концентрация иона металла, загрязняющего воду, г/м3; к—электрохимический
эквивалент железа, равный 1,042 г/(А-ч); Т| — выход железа по току, % (ПРИ обР*~
ботке воды с рН = 3-5 близок к 100 %); i —оптимальная плотность тока, А/м,
Sl — площадь одного анода, м ; Vs — объем всех электродов.
Толщину электродов, их ширину, межэлектродное расстояние определяют
учетом конструктивных особенностей, а также заданной скорости движени
воды
Количество газа, генерируемого в электрокоагуляторе определяют по
формуле
362

где Fc — объем газа, выделяющегося при нормальных условиях, м3; д —
количество газа, выделяющегося при прохождении 1 кА-ч
(электрохимический эквивалент), м3; /— ток, проходящий через аппарат, кА; х — время
обработки, ч; Вт — коэффициент использования тока, доли единицы; и — число
пар электродов; #ii2 = 0,418 м3/(кА-ч).
Объем влажного газа в реальных условиях равен
V. = [(К0101,3 B73 + 0 / 273(£ -р)] УР, D.60)
трер — парциальное давление насыщенных водяных паров (при 20 °С равное
2,3 кПа); Б — давление в системе, кПа; Р — атмосферное давление, кПа; 101,3
— давление при нормальных условиях, кШ.
Электрокоагуляция в сочетании с электрофлотацией или без нее
применяется для удаления из сточных вод нерастворенных тонко-диспергированных
примесей, образующих различные коллоидные системы. Значительно реже этот
метод применяют для удаления из воды истинно растворенных примесей. В
основном это примеси, образующие с ионами Fe и Al+ нерастворимые в воде
химические соединения, выделяющиеся в осадок (фосфаты, сульфиды и др.).
При применении железных анодов удаляются также и хромат-ионы,
содержащиеся в сточных водах предприятий ряда отраслей промышленности. Именно
этот метод и нашел наиболее широкое применение.
Электрокоагуляционные методы чаще используют для очистки сточных вод
с нейтральной или слабощелочной реакцией (рН = 5-9). Однако вследствие
разнообразия состава производственных сточных вод, часто представляющих
собой сложные коллоидные системы, целесообразность их очистки методом
электрокоагуляции должна устанавливаться каждом конкретном случае
экспериментальным путем.
Последнее время достаточно широко используются методы с
алюминиевыми анодами. Однако экономически это едва ли оправдано.
Сдерживающим фактором внедрения электрокоагуляции является расход
листового металла (алюминия и железа) и электроэнергии. Теоретически для
растворения 1 г железа и 1 г алюминия расходуется соответственно 3 и 12 Втч.
Фактический же расход электроэнергии оказывается более высоким вследствие
затрат на нагревание воды, поляризацию электродов, преодоление
электрического сопротивления оксидных пленок, образующихся на поверхности
растворяемых листовых электродов и т.п.
Кроме того, на практике пока удается использовать не более 50-70 %
металла электродов вследствие зашламления электродных систем гидроксидом
железа и возникновения электрических коротких замыканий. В связи с этим
конструкции действующих электрокоагуляторов нуждаются в
усовершенствовании.
363

И в любом случае образуются труднофильтруемые гидратные осадки,
обработка которых сложна и дорога.
Массовое внедрение на промышленных предприятиях метода
электрокоагуляции вместо обработки сточных вод солевыми коагулянтами в настоящее
время представляется преждевременным, так как приведет к неоправданно
большому расходу металла и электроэнергии. Однако электрокоагуляция,
безусловно, должна применяться в тех случаях, когда нет других альтернативных
путей решения задачи очистки сточных вод, а также в тех случаях, когда
электрокоагуляция по сравнению с другими методами имеет неоспоримые
технико-экономические преимущества.
Еще раз остановимся на электрофлотации. В этом процессе очистка
сточных вод от взвешенных частиц проходит при помощи пузырьков газа,
образующихся при электролизе воды. На аноде возникают пузырьки кислорода, а на
катоде — водорода. Поднимаясь в сточной воде, эти пузырьки флотируют
взвешенные частицы. При использовании растворимых электродов происходит
образование хлопьев коагулянтов и пузырьков газа, что способствует более
эффективной флотации.
Основную роль при электрофлотации играют пузырьки, образующиеся на
катоде. Размер пузырьков водорода значительно меньше, чем при других
методах флотации. Он зависит от краевого угла смачивания и кривизны
поверхности электродов. Диаметр пузырьков меняется от 20 до 100 мкм. Мелкие
пузырьки водорода обладают большей растворимостью, чем крупные. Из
пересыщенных растворов мельчайшие пузырьки выделяются на поверхности
частичек загрязнений и тем самым способствуют эффекту флотации. Для
получения пузырьков требуемого размера необходим правильный подбор материала,
диаметра проволоки катода и плотности тока. Оптимальное значение
плотности тока 200-260 А/м2, газосодержание — около 0,1 %.
При небольших объемах сточных вод A0-15 м3/ч) электрофлотационные
установки могут быть однокамерным (рис. 4.42), при больших — следует
применять двухкамерные установки, которые могут быть горизонтальными и
вертикальными. Они состоят из электродного отделения и отстойной части.
Очищенная
г\ вода
Сточная
вода н
Рис. 4.42. Схема однокамерной элеклрофлотационной уста-
> новки (/ — корпус; 2 ~ электроды)
364

trLA^
Рис. 4.43. Горизонтальный электрофлотатор: / — впускная камера; 2 — электроды; 3 — скребок; 4
— шламоприемник; 5 — патрубок для выпуска осадка
Схема горизонтального электрофлотатора показана на рис. 4.43. Сточная вода
поступает в успокоитель, который отделен от электродного отделения
решеткой. Проходя через межэлектродное пространство, вода насыщается
пузырьками газа. Всплывание пузырьков с частицами происходит в отстойной части.
Всплывший шлам перемещается скребком в шлакоприемник, откуда его
удаляют. Расчет установки сводится к определению общего объема электродного
отделения и отстойной части, а также необходимых конструктивных и
электрических параметров.
В практике обработки засоленной воды и стоков успешно используется
электродиализ — процесс сепарации ионов солей, осуществляемый в
многокамерном мембранном аппарате (электродиализаторе) под действием постоянного
электрического тока, направленного перпендикулярно плоскости мембран.
Электродиализный метод в основном применяют для опреснения соленых вод,
однако в последнее время его используют и для удаления растворенных солей
из шахтных и других сточных вод.
Электродиализатор разделен чередующимися катионитовыми и анионито-
выми мембранами, образующими также чередующиеся концентрирующие
(рассольные) и обессоливающие (дилюатные) камеры. Через такую систему
пропускается постоянный ток, под воздействием которого катионы, двигаясь к
катоду проникают через катионитовые мембраны, но задерживаются анионитовы-
ми, а анионы, двигаясь в направлении анода проходят через анионитовые
мембраны, но задерживаются катионитовыми.
В результате этого из одного ряда камер (например, из ряда четных камер)
ионы обоих знаков выводятся электрическим током постоянного напряжения
в смежный ряд камер (рис. 4.44).
Мембраны для электродиализатора изготовляют в виде гибких листов
прямоугольной формы и в виде рулонов из термопластичного полимерного
связующего (полиэтилена, полипропилена и др.) и порошка ионообменный смол
(КУ-2-8, ЭДЭ-10П и др.).
365

Рис. 4.44. Схема процесса электродиализа: /— катод; //— анод; С — катионитовые мембраны; А —
анионитовые мембраны; / — присоединение к отрицательному полюсу выпрямителя; 2 — выход
газообразного водорода; 3 — подача воды на промывку катодной камеры; 4 — подача солоноватой
воды в рассольные камеры; 5 — то же, в опреснительные камеры; 6 — подача воды на промывку
анодной камеры; 7— выход газообразных кислорода и хлора; 8 — присоединение к
положительному полюсу выпрямителя; 9 — отвод опресненной воды; 10 — отвод концентрированного рассола
Срок службы мембран составляет 3-5 лет и в значительной степени зависит
от условий эксплуатации и прежде всего от качества обрабатываемой воды.
Отечественные электродиализные аппараты подразделяют на два типа:
прокладочные и лабиринтные.
Аппараты прокладочного типа — фильтр-прессной конструкции с
горизонтальной осью электрического поля. Аппарат ЭДУ-50 имеет четыре пакета по
75 пар мембран (ячеек) в каждом (размер мембран 1000x500 мм), два
электрода, две приэлектродные камеры и восемь рамных плит, изготовленных из
капролона. Межпакетные пространства промываются рассолом. Аппарат ЭХО
М5000х200 (беспакетный) имеет 200 пар мембран (размер мембран 1450x450
мм), две электродные камеры и две 5 буферные, отделенные от электродных
инертными мембранами. В качестве сепаратора-турбулизатора в обоих
аппаратах принята сетка, изготовляемая из каландрированной винипластовой
пленки путем просечки и последующей вытяжки.
Аппараты лабиринтного типа — фильтр-прессиой конструкции с
вертикальной осью электрического поля. Электродиализные аппараты ЭДУ-Ю00
(название модернизированного ЭДА-500) и АЭ-25 собираются из лабиринто-сетча-
тых прокладок, изготовляемых из поливинилхлоридной или полиэтиленовой
пленки, и имеют до 250 мембран (размер мембран — 1000x500 мм), при э7*1
напряжение не должно превышать 500 В.
366

Во всех конструкциях электродиализаторов в основном применяют
электроды, изготовляемые из платинированного титана (титан марки ВТ-1-1,
расход платины на 1 м2 электрода 30-35 г при толщине покрытия 1,5 мкм). Б
электродиализаторах в качестве основных материалов широкое применение
нашли безвредные полимеры, не экстрагирующие токсичных веществ в 1 воду.
Например, поливинилхлоридная пленка применяется для изготовления
корпусных рамок прокладок, образующих рабочие ячейки пакетов
электродиализной ванны ЭДУ50, и для изготовления закладных перфорированных сеток,
предотвращающих соприкосновение мембран друг с другим и вызывающих
турбулизацию потока дилюата в рабочих ячейках. Из этой же пленки, а также
из полиэтиленовой изготовляются и лабиринтно-сетчатые (прокладки,
применяемые в электродиализных аппаратах ЭДУ - 1000).
Пропускная способность ЭДУ — 1-25 м3/ч. Оптимальная область
применения электродиализаторов — при концентрации солей в сточной воде 3-8 г/дм3.
Для эффективной работы аппаратов большое значение имеет промывка при-
электродных камер, что предохраняет крайние мембраны от разрушения
продуктами электролиза.
Технологические схемы электродиализных установок состоят из
следующих узлов: 1) аппаратов предварительной подготовки исходной воды; 2)
собственно электродиализной установки; 3) кислотного хозяйства и системы
сжатого воздуха; 4) фильтров, загруженных активированным углем БАУ или
АГ-3, и бактерицидных установок. Технологические схемы бывают
следующих типов:
1. Прямоточные ЭДУ, в которых сточная вода последовательно или
параллельно проходит через аппараты установки и солесодержание воды снижается
от исходного до заданного за один проход.
2. Циркуляционные (порционные) ЭДУ, в которых определенный объем
частично обессоленной воды из бака дилюата перекачивается через мембранный
электродиализный аппарат обратно в бак до тех пор, пока не будет достигнута
необходимая степень обессоливания.
3- Циркуляционные ЭДУ непрерывного действия, в которых часть сточной
воды непрерывно смешивается с частью не полностью обессоленной воды
дилюата, проходит через электродиализатор и подается потребителю или в
резервуар очищенной воды.
4. ЭДУ с аппаратами, имеющими последовательную гидравлическую
систему движения потоков в рабочих камерах.
Каждая из указанных выше технологических схем имеет определенные
преимущества и недостатки, и их выбор производится на основании технико-
экономических расчетов. Исходными параметрами для расчета являются:
конкретные местные условия, пропускная способность ЭДУ, солесодержание и
состав обрабатываемых сточных вод. Например, при суточном расходе более
Э67

300-500 м3 сточных вод считается рациональным применение
технологических схем прямоточного типа.
Особенностью мембранных методов является относительная простота
конструкций установок, экономичность, возможность их осуществления при
температуре окружающей среды, непрерывность процесса и возможность полной
автоматизации. Мембранные методы являются по существу методами
деминерализации, так как, не обладая селективностью, они позволяют снизить
общую засоленность и получить обогащенный раствор (концентрат).
Мембранные методы в цветной металлургии MOiyr использоваться в основном при
организации замкнутых систем водопотребления, при создании водооборота на
фабриках и заводах. В некоторых случаях они приемлемы при
деминерализации засоленных сточных вод перед сбросом. Однако мембранные методы, как
и метод ионного обмена, требуют решения вопроса переработки
образующихся концентратов (рассолов).
Современный электродиализный метод деминерализации представляет
собой мембранный процесс, основанный на явлении переноса ионов
электролита через селективные ионообменные мембраны под действием постоянного
электрического тока. Мембраны представляют собой пленки ионообменного
материала, содержащего ионообменные активные группы, диссоциирующие
в воде, распределенные в очень тонких капиллярных порах, пронизывающих
всю структуру мембраны. Размер пор колеблется от 10 до 10л нм, поэтому
ионообменные мембраны при обычных давлениях практически
непроницаемы для воды. Известны ионообменные мембраны трех типов: катионитовые,
анионитовые и биполярные.
Обрабатываемую воду разделяют чередующимися катионитовыми и анио-
нитовыми мембранами, образующими чередующиеся концентрирующие и
обессоливающие камеры (ячейки) в аппаратах фильтр-прессного типа. В
литературе часто концентрирующие ячейки называют рассольными, а
обессоливающие дилюатными.
Отечественные мембраны изготовляются из термопластичного
полимерного связующего (полиэтилен, полипропилен и др.) в виде гибких
листов-пленок прямоугольной формы; они имеют большую механическую прочность,
высокую селективность и низкое электросопротивление (табл. 4.18). Срок
службы мембран 3-5 лет.
Ионообменные мембраны взаимодействуют с ионами в растворе в
соответствии с законами ионообменного равновесия. Электропроводность мембраны
(и ее обратная величина — электросопротивление) — функция иона, с
которым она находится в равновесии. Катионитовые мембраны селективны по
отношению к катионам, анионитовые ~ по отношению к анионам.
368

Таблица 4.18
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ИОНИТОВЫХ МЕМБРАН
Марка
МА-40
МА-100
А-4
РМА
МК-40
МК-100
К-2
РМК-10
Толщина,
мм
0,5-0,7
0,3
0,6
0,1
0,4-0,7
0,3
0,6-0,7
0,3

Ионообменная емкость,
мг-экв/г
2-4,4
2-2,3
3,5
5
2,3-2,5
2,5-2,8
2
1,9
Селективность в
0,1 н. растворе
№С1
Электрическое сопротивление, Ом/см2
удельное
Атшонитовые мембраны
0,94
0,97
0,93
0,96
200-250
150-180
—
104
Катиоиитовые мембраны
0.96
0.97
0,96
0,86
180-203
120-150
—
208
поверхностное
12-17
3,5-6,0
—
1
9,8-16,2
2,4-5,0
—
6,3
Прочность на
разрыв, МПа
12-13
12-14
—
8
12-1S
12-15
—
13
В нашей стране промышленное применение электродиализа
ограничивается в основном областью опреснения соленых вод в системах питьевого
водоснабжения. Однако в ближайшие годы этот процесс найдет широкое
применение и в цветной металлургии, в частности при создании систем полного
водооборота.
Электродиализ имеет существенный недостаток—необходимость
предварительной очистки сточных вод от взвешенных и коллоидных частиц, которые
могут засорять ионитовые диафрагмы. В некоторых случаях необходимо
также удаление солей жесткости. В качестве примера можно привести
переработку элюатов от регенерации иовитовых фильтров. Элюаты при ионообменной
деминерализации воды состоят из кислот и оснований, и методом
электродиализа из них могут быть получены кислота и щелочь для повторного
использования. Имеется описание опытного аппарата-диализатора с рабочей
площадью диафрагм 0,36 м3. Анод изготовлен из листового титана, катод — из
нержавеющей стали. В опытном аппарате можно собирать 12 трехкамерных и 8
четырехкамерных ячеек. Регенерационный раствор содержал в основном
сульфат, хлорид и нитрат натрия в количестве 30-50 г/дм. Выход кислоты и
щелочи по току изменялся в зависимости от продолжительности использования
Диафрагм и составлял 52-40 и 67-60 % соответственно. Расход
электроэнергии 150 кВт-ч/м3 регенерационного раствора. Содержание солей снижалось до
5 г/дм . С применением биполярных диафрагм показатели были значительно
Улучшены.
Очистка от соединений фтора и хрома. Очистке от фтора подвергали
сточные воды криолитового производства, содержащие 2-7 г/дмэ фтор-иона, а
также ионы натрия, железа (III), S042", SiOr Очистку проводили в
многокамерном электродиализаторе фильтр-прессного типа с мембранами МК-40 и МА-
369

40. При однократном прохождении сточных вод через электродиализатор
степень обессоливания достигала 75-80 %. Однако в очищенной воде
содержалось 0,8 г/дм3 и более фтора. Снижение концентрации фтора в исходной воде
до 0,5-1,5 г/дм3 позволяет получать очищенную воду, содержащую 0,15-0,5 г/
дм3 фтора. Доочистку сточных вод проводили на ионитовых фильтрах.
Содержание фтора в очищенной воде не превышало 5 мг/дм3. Расход
электроэнергии на очистку электродиализом составил 17 кВт-ч/м3, выход по току 46 %.
Технико-экономическая оценка показала, что извлечение 1 кг фтора
электродиализом, примерно в пять раз дешевле реагентного метода.
От хрома очищали сточные воды, содержащие, г/дм3: 3,6 СЮ3; 2,3 Na2S04;
2-7NaOH; 0,18 NaCl; 0,21 Na^SO,,. На первой ступени электродиализа
концентрация Сг03 снижалась до 1 г/дм3, на второй ступени — до 0,2-0,3 г/дм.
Содержание СЮ3 в концентрате не превышало 69 г/дм3; выход по току 36 %.
При сроке службы диафрагм 2 года и ионита (для доочистки сточных вод)
5 лет электродиализный метод примерно в два раза дешевле химического.
Выделенные из сточных вод примеси могут быть использованы в производстве.
Очистка сточных вод методом гальвапокоагуляции. Среди широкого
спектра физико-химических способов очистки сточных вод практический
интерес, представляет метод гальванокоагуляции, разработанный под руководством
В. А. Феофанова в институте «Казмеханобр» (г. Алма-Ата). Метод основан на
использовании эффекта короткозамкнутого гальванического элемента,
помещаемого в обрабатываемый раствор. В качестве элементов гальванической пары
чаще всего используют следующие: Fe - Си, Fe - С (кокс), Mg - С, А] - С и др.
Метод весьма экономичен и обладает низкой удельной энергоемкостью
благодаря тому, что электрическая цепь между элементами гальванопары
возникает при погружении их в обрабатываемый раствор в условиях отсутствия
внешнего источника энергии.
В ходе гальванокоагуляции одновременно протекают следующие физико-
химические процессы: катодное восстановление и осаждение ионов
металлов; образование соединений, содержащих включения (клатраты);
образование гидроксидов металлов; сорбция примесей на свежеобразованных
поверхностях; коагуляция.
Универсальность гальванокоагуляции обусловлена не только фактором ее
работоспособности в исключительно широком диапазоне значений
показателя рН обрабатываемого стока (от 1 до 13), но также и дешевизной
расходуемых реагентов (например, стружка из отходов при обработке металлов и
литейный кокс, который практически не расходуется в процессе работы,
подвергаясь лишь механическому износу) и, кроме того, простотой утилизации
образующихся отходов.
Наиболее эффективен метод гальванокоагуляционной очистки сточных вод
в условиях наличия в обрабатываемом растворе значительного количества ат-
370

мосферного кислорода, поэтому хорошая аэрация обрабатываемых сточных
вод способствует повышению степени очистки.
Однако если при реализации метода гальванокоагуляционной очистки
элементы, образующие гальванопару, будут неподвижны друг относительно
друга, то из-за возникновения диффузионного барьера на границе раздела фаз
снизится степень очистки: произойдет неизбежная цементация элементов
гальванопары, что сделает практически неосуществимым сам метод. Таким
образом, необходимым условием эффективного проведения процесса очистки
сточных вод методом гальванокоагуляции является перемешивание элементов
гальванопары, которые в дальнейшем будем именовать наполнителем.
Гальванокоагуляционный метод целесообразно применять при очистке
сточных вод от ионов тяжелых, цветных и благородных металлов,
неорганических анионов (сульфатов, хлоридов и др.), флотореагентов, нефтепродуктов и
различных органических примесей. Ниже приведены некоторые результаты
очистки обрабатываемых стоков от ряда примесей:
Компонент, подлежащий Концентрация, мг/дм3
извлечению исходная конечная
Сг3" 95,6 0,1
Сг6* 101,0 0,1
Fe 78,9 0,1—1,0
Ni 26,3 1,0
Си 85,6 0,15
Zn 125,0 0,2
Cd 180,0 1,5
Со 30,0 1,0
Mn 47,5 1,0
As 56,0 0,2
S042" 850,0 120,0
Олеат Na 76,7 Отсутствует
ОП-7 38,0 0,01
Цианиды 900,0 5,0
Фториды 203,0 12,0
Керосин 332,0 Отсутствует
Нефтепродукты 760,0 32,0
Стойкая эмульсия масла 820,0 24,0
Простота и технологичность рассматриваемого метода, возможность его
реализации в аппаратуре, аналогичной по характеристикам аппаратам
идеального вытеснения, как в периодическом, так и непрерывном режимах,
позволяет достигать практически неограниченной производительности.
В процессе перемешивания, вследствие того что компоненты, образующие
наполнитель, различаются по своим физико-механическим параметрам, будет
371

происходить их расслоение на составляющие элементы, что приведет к
снижению эффективности очистки, так как эффект короткозамкнутой
гальванопары проявляется только в условиях непосредственного контакта элементов
между собой. Поэтому необходимо поддерживать условия, не допускающие
расслоения компонентов наполнителя.
С целью математического описания процесса движения жидкой среды через
слой, состоящий из дисперсных частиц, при условии, когда порозность слоя
е < 0,8, были предложены следующие зависимости для определения скорости
жидкой среды (м/с):
V = K?Q^lf9 D.61)
ьХ.РсЕАУ.^ D.62)
216 р р2 A-еJ
где р — коэффициент динамической вязкости жидкости, Па • с; q — ускорение
свободного падения, м2/с; рт— плотность твердой фазы, кг/м3; р — плотность
жидкости, кг/м ; d— средний эквивалентный размер частиц твердой фазы, м;
у — коэффициент сферичности частиц твердой фазы; К и/— эмпирические
коэффициенты, зависящие от значения L. Очевидно, что расслоения
наполнителя можно избежать, и обеспечить выполнение следующего условия:
РагР^^Рг^Р^з з D63)
р р
Индексы 1 и 2 относятся к компонентам наполнителя (элементам
гальванопары).
Выше уже отмечалось влияние кислорода, подаваемого в рабочую зону
процесса гальванокоагуляции; на эффективность процесса очистки
обрабатываемого стока. Для оптимизации условий аэрации обрабатываемого стока
необходимо стремиться к снижению диаметра пузырьков воздуха.
Для определения отрывного диаметра (см) пузырька газа можно
воспользоваться простой зависимостью:
t/n = 0,183'
cd0
1/3
D.64)
где d0 — диаметр отверстия, см; о — сила поверхностного натяжения
жидкости, дин/см2; у — плотность жидкости, г/см3.
372

Исключительно важно, чтобы в процессе аэрации не происходило слипания
отдельных пузырьков с образованием струй. Фактором, обеспечивающим
последнее условие, является величина, критического расхода газа Q ,
соответствующего началу режима струйного течения. Согласно данным работы:
&,=^У«. D.65)
где Va — скорость подъема пузырьков, м/с.
В связи с тем что очистка сточных вод методом гальванокоагуляции
представляет собой массообменный процесс, к существенным факторам,
влияющим на его интенсивность (эффективность), относится характер
гидродинамической обстановки на границе раздела фаз наполнитель (твердая фаза) —
обрабатываемый раствор (жидкая фаза). Одним из наиболее радикальных
методов, позволяющих преодолеть лимитирующее воздействие диффузионного
барьера, является создание нестационарной гидродинамической обстановки
на границе раздела фаз, например, при помощи пульсаций обрабатываемого
потока жидкости.
Интенсивность пульсационных воздействий (м/с ) целесообразно определять
по полученной нами зависимости:
/Л
3
D.66)
I = AU D-67)
_-i.
где А — амплитуда пульсации, м/с; / — частота пульсации, с"; ^ — средний
эквивалентный размер частиц наполнителя, м; уэ — усредненный
коэффициент сферичности частиц наполнителя.
Пульсационные воздействия, накладываемые на поток обрабатываемой
жидкости (промышленного стока), выполняют также функцию перемешивания
частиц наполнителя, предотвращая их цементацию.
Проведенные эксперименты по очистке различных промышленных сточных
вод методом гальванокоагуляции в условиях, когда выполнялись
предъявляемые к наполнителю в формуле D.63) требования, (т.е. значение комплекса
rf,V/(P„ - р)/р = const для элементов, образующих гальванопару),
осуществлялась интенсивная аэрация зоны процесса гальванокоагуляции в соответствии
с зависимостями, а поток обрабатываемой жидкости подвергался пульсацион-
ным воздействиям, интенсивность которых определяли согласно формуле
D.66), позволили получить следующие результаты:
373

Компонент, подлежащий Концентрация, мг/дм3
извлечению исходная конечная
Сг'+ 95,6 < 0,002
Сг6* 101,0 < 0,002
Fe 78,9 0,09
Ni 26,3 0,10
Си 85,6 0,02
Zn 125,0 0,10
Cd 180,0 0,01
Со 30,0 0,30
Mn 47,5 0,10
As 56,0 0,05
S042' 850,0 108,0
ОП-7 38,0 Отсутствует
Фториды 203,0 1,50
Цианиды 900,0 0,10
Нефтепродукты 760,0 4,00
Стойкая эмульсия масла 820,0 4,00
Блок-схема установки для очистки сточных вод методом
гальванокоагуляции представлена на рис. 4.45. Установка включает блоки
гидромеханического разделения 1 к4, гальванокоагуляционный блок 2 и реакционный блок
коррекции рН 3.
Основным аппаратами в блоках гидромеханического разделения 1 и 4 в
зависимости от физико-химических параметров обрабатываемых сред могут
являться: фильтры различных типов, отстойники и сепараторы, гидроцикло-
Рнс. 4.45. Блок-схема установки для очистки сточных вол методом коагуляции: / и 4—блоки
гидромеханического разделения; 2 — гальванокоагуляциопный блок; 3 — реакционный блок коррекции рН
374

ны, отстойные центрифуги, осветлительные и разделительные центрифуги, а
также сочетания указанных выше аппаратов и машин.
Гальванокоагуляционный блок 2 состоит из гальванокоагулятора,
оснащенного, как правило, системой управления.
В качестве основных аппаратов реакционного блока коррекции рН
используются комбинации дозаторов с реактором или смесителями различных
типов.
В большинстве случаев нет необходимости применения в установке для
очистки сточных вод методом гальванокоагуляции всех блоков, представленных на
рис. 4.45, и при реализации технологии, используемой для повышения
эффективности действующих очистных сооружений, можно ограничиться только гальва-
нокоагуляционным блоком 2.
В этой связи остановимся подробнее на существующих конструкциях
гальванокоагуляторов. На рис. 4.47 представлена схема конструкции простейшего
гальванокоагулятора колонного типа, работающего в режиме орошения (см.
рис. 4.46, а) и заполнения (см. рис. 4.46, б). Данный аппарат содержит, как
правило, цилиндрическую обечайку 1, днище 2, ложное днище 3, на котором
располагается наполнитель (элементы, составляющие гальванопару) 4,
патрубки подачи исходного и вывода очищенного растворов, оросительный
элемент 5 (на рис. 4.44, б он отсутствует), патрубок подачи воздуха на аэрацию,
газораспределительное устройство 6, ограничительную решетку 7 (на рис. 4.44,
а элементы б и 7 отсутствуют).
Достоинствами гальванокоагуляторов данного типа являются: простота
конструкции и обслуживания, крайне низкие показатели энергоемкости;
возможность обеспечения условий хорошей аэрации в рабочей зоне процесса,
высокая сходимость результатов очистки в лабораторных и промышленных усло-
. Исходный
I раствор
Очищенный
раствор
б
Исходный
* "'раствор
Рис. 4.46. Схема конструкции гальванокоагугиггора колонного типа: / — обечайка; 2 —днище; 3 —
ложное днище; 4 — наполнитель; 5 — оросительный элемент; 6 — газораспределительное
устройство; 7 — ограничительная решетка
Очищенный fc.
раствор
375

Исходный
раствор
Наполнитель
Очищенный
раствор
Рис. 4.47. Схема конструкции галыштокоагулятора типа КБ: 1 — обечайка; 2 — рама; 3 — скребки;
4 — электродвигатель с приводом
виях (ввиду практически полного соответствия гидродинамических
характеристик аппарата модели аппарата идеального вытеснения), а также
возможность установки местных вытяжных устройств для удаления выделяющегося
водорода.
К недостаткам аппарата, работающего в режиме орошения, относятся:
невозможность использования для очистки всей площади поперечного сечения
гальванокоагулятора; пассивация поверхности частиц элементов
наполнителя, образующих гальванопару; прямоточное взаимодействие
обрабатываемого раствора с наполнителем при котором наиболее загрязненный раствор
контактирует со свежим (активным) наполнителем; высокая вероятность
цементации наполнителя.
Аппарату, функционирующему в режиме заполнения, присущи только два
недостатка из перечисленных выше: это, во-первых, пассивация поверхности
частиц наполнителя и, во-вторых, возможность его цементации.
Наибольшую известность в настоящее время приобрели
гальванокоагуляторы типа КБ, выпуск различных типоразмеров которых освоен
промышленностью. Схема конструкции этих аппаратов показана на рис. 4.47.
Гальванокоагулятор представляет собой цилиндроконическую обечайку 13 установленную
на рамс 2 с возможностью вращения относительно горизонтальной оси. На
внутренней поверхности обечайки 1 размещены скребки 3, предназначенные
для перемешивания наполнителя в процессе работы. Аппарат оснащен
устройствами для ввода обрабатываемого и вывода очищенного растворов,
электродвигателем с приводом 4. За счет постоянного перемешивания
наполнителя в процессе гальванокоагуляции в аппаратах типа КБ реализуется противо-
точное взаимодействие обрабатываемого раствора с наполнителем:
предотвращается пассивация поверхности элементов гальванопары, благодаря чему
снижается величина диффузионного барьера на границе раздела фаз и
увеличивается достигаемая степень очистки; резко уменьшается вероятность
цементации наполнителя, создаются благоприятные условия для осуществления
операций загрузки-выгрузки наполнителя.
376

В тоже время аппаратам рассматриваемой конструкции свойственны и
весьма существенные недостатки: ]) из-за наличия «зеркала» обрабатываемого
раствора в барабане может происходить проскок жидкой фазой рабочей зоны
процесса гальванокоагуляции без контакта с наполнителем; 2) условия
аэрации в рабочей зоне нельзя признать удовлетворительными; 3) для
обеспечения вращения барабана в загруженном состоянии требуются значительные
затраты энергии; 4) возникают сложности в осуществлении масштабного
перехода от лабораторных моделей к промышленным аппаратам; 5) имеется
необходимость в применении электрооборудования во взрывозащищенном
исполнении.
Нами была разработана конструкция гальванокоагулятора пульсадионного
тина (КПТ), аккумулирующего в себе достоинства рассмотренных выше
аппаратов. Схема конструкции КПТ представлена на рис. 4.48, а. Аппарат состоит
из корпуса /, оснащенного патрубками ввода и вывода обрабатываемой
жидкости, пульсационной камерой 2, устройством для подачи и распределения
воздуха 3, наполнителем 4, размещенным между нижней 5 и верхней б
ограничительными решетками, и вертикальными вставками в виде
гофрированных полос 7. Гальванокоагулятор типа КПТ, являясь аппаратом коронного типа,
может работать как в режиме орошения, так и в режиме заполнения.
Исходный раствор, подлежащий очистки, поступает в корпус 1 через входной
патрубок, заполняя внутренний объем корпуса и взаимодействуя с наполнителем 4.
При этом через газораспределительное устройство 3 в корпус / под
избыточным давлением подают воздух, что
способствует увеличению степени
очистки. В пульсационной камере
2 периодически (с определенной
частотой) создают избыточное
давление, под воздействием
которого часть жидкости вытесняется
Очищаемая
Рис. 4.48. Схема конструкции галъванокоа-
гулятора пульсациошюго типа (КПТ): / —
корпус; 2 — пульсационная камера; 3 —
устройство для подачи и распределения
воздуха; 4 — наполнитель; J и б — нижняя и
верхняя ограничительные решетки;
7—гофрированные вставки
Воздух
jojtuyxaXJ^i
1 Очищаемая
жидкость
377

из пульсационной камеры 2 и распределяясь в кольцевом пространстве между
пульсационной камерой и обечайкой корпуса, взрыхляет наполнитель 4,
перемещая его от нижней ограничительной решетки 5 к верхней ограничительной
решетки 6. Перемещаясь, частицы наполнителя сталкиваются с
гофрированными участками вставок 7, что вызывает разрушение агломератов частиц
наполнителя. При снятии избыточного давления в камере 2 поток жидкости
устремляется из кольцевого пространства внутри корпуса 1 в камеру 2, увлекая
частицы наполнителя в обратном направлении, т.е. от решегки 6 к решетке 5.
В результате таких колебаний и столкновений частиц наполнителя 4 с
гофрированными вставками 7 происходит непрерывное обновление диффузионного
пограничного слоя на поверхности частиц наполнителя, благодаря чему
увеличивается эффективность массообменных процессов между твердой и
жидкой фазами, а, следовательно, возрастает эффективность очистки.
Очищенный раствор выводится из аппарата через верхний патрубок. Различие работы
КПТ в режимах орошения и заполнения заключается лишь в том, что
исходный раствор подается в аппарат через верхний патрубок, а очищенный раствор
выводится из гальванокоагулятора через нижний.
КПТ комплектуются пневматическим пульсатором, оснащенным
пневматическим блоком управления, что гарантирует пожаро- и взрывобезопасность
эксплуатации аппарата и в условиях выделения водорода в процессе
гальванокоагуляции.
Благодаря тому, что гидродинамические характеристики рассматриваемого
аппарата отвечают требованиям модели аппарата идеального вытеснения,
обеспечивается 100 %-ная сходимость результатов лабораторных исследований и
эксплуатации в промышленных условиях.
Неизбежность контакта обрабатываемого раствора с наполнителем в
условиях интенсивной аэрации гарантирует высокие показатели очистки, в том
числе и благодаря исключению возможности проскока обрабатываемым
раствором рабочей зоны процесса без взаимодействия с наполнителем.
Пульсационные воздействия жидкой среды (которые можно рассматривать
как гидроудары), с одной стороны, предотвращают процессы пассивации
поверхности элементов гальванопары, а с другой — препятствуют
возникновению цементационных эффектов в наполнителе.
Малая (несопоставимая с аппаратами КБ) энергоемкость, высокий
коэффициент полезно используемого объема аппарата, относительно низкая
чувствительность к изменению нагрузки по обрабатываемому раствору обеспечивают
высокую производительность КПТ при незначительных габаритах (так,
габариты КПТ производительностью не менее 10 м3/ч по обрабатываемой
жидкости составляют: D S 1,2, Я < 2 м).
378

Технологическая гибкость КПТ позволяющая ему работать как в режиме
заполнения, так и орошения, предопределяет интерес к его применению при
проведении очистки сточных вод от нефтепродуктов и стойких эмульсий.
Однако в случае работы гальвнокоагулятора в режиме орошения
необходимо осуществить проверочные расчеты с целью определения, во-первых,
гидравлического сопротивления наполнителя (т.е. установить необходимое
значение перепада давления; при котором будет происходить фильтрация
жидкости через слой наполнителя) и, во-вторых, предела захлебывания аппарата при
противоточном движении газа и жидкости
Гиперфильтрация (обратный осмос)—процесс разделения растворов
фильтрованием через мембраны, поры которых имеют диаметр около 10 мкм,
пропускают молекулы воды, но непроницаемы для гидратированных ионов солей
или молекул недиссоциированных соединений.
Ультрафильтрация — процесс разделения растворов веществ, содержащих
высокомолекулярные вещества, мембранами, которые имеют поры
диаметром 50-2000 мкм.
При очистке сточных вод ряда производств гиперфильтрация и
ультрафильтрация по сравнению с традиционными методами обладают
существенными преимуществами: энергозатраты на процесс относительно
невелики, установки конструктивно просты и компактны; для эксплуатации
установок не требуется квалифицированного персонала, работа установок может быть
легко автоматизирована; фильтрат получается настолько чистым, что может
быть подан в оборотную систему водоснабжения; сконцентрированные
вещества легко утилизировать или уничтожить.
Перенос воды и растворенного вещества через мембраны упрощенно
описывается уравнениями:
е = А,(р-Дц), D-68)
F = k2AC, D.69)
где Q — расход воды через мембрану; р — рабочее давление над мембраной;
Ап — разность осмотического давления раствора у поверхности мембраны и в
фильтрате; F—расход растворенного вещества через мембрану;
ДС—градиент концентрации растворенного вещества у поверхности мембраны и в
фильтрате; к. и к — константы соответственно проницаемости воды и
растворенного вещества для данной мембраны.
Из этих уравнений следует, что перенос воды через мембрану возможен,
если фильтрование производится под давлением, превышающим осмотическое
давление исходного раствора.
Значения осмотического давления водного раствора ряда солей приведены в
табл. 4.19.
379

Таблица 4Л9
ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ
Соль
NaCl
КС1
СаСЬ
MgCl2
NaN03
KNO3
Ca(N03J
Mg(N03J
Na2S04
K2SO4
CuS04
MgS04
Осмотическое давление, кг/см3 при концентрации, моль/дм3
0,1
4,6
4,6
6,4
6,4
4,6
4,5
6,2
6,4
5,9
5,8
2,8
3
0,2
9,2
9,1
12,9
13,1
9
8,6
16,2
12,9
11,2
11,1
5,1
5,6
0,4
18,2
17,9
26,6
27,4
17,5
16,5
24,5
27,2
21
21
9,5
10,5
0,6
27,5
26,7
42
43,7
25,8
23,8
37,1
43,2
30,3
30,4
13,8
15,4
1
46,5
44,6
77,8
82,9
42,4
37,6
63,9
79,9
48
—
23,1
26,1
2
98,1
99
205,1
229,2
82,5
66,6
141,8
204,2
93,9
—
—
67,5
Высокое осмотическое давление растворов солей, например, при
концентрации 5-10% вызывает необходимость поддерживать рабочее давление
гиперфильтрационных аппаратов 50-100 кгс/см2. Этим обусловливается
ограничение степени концентрирования стоков с электролитами методом
гиперфильтрации.
Осмотическое давление водных растворов высокомолекулярных соединений
незначительно, поэтому применяемый для них процесс ультрафильтрации
проводят при давлении 3-10 кгс/см2.
Для гиперфильтрации и ультрафильтрации сточных вод используются
полимерные мембраны — ацетатцеллюлозные, полиамидные и др. Эти мембраны
толщиной 0,1-0,2 мкм имеют анизотропную двухслойную структуру.
Поверхностный «активный» слой с микропорами, который собственно выполняет
селективные функции, составляет примерно 0,2 % всей мембраны; нижний
крупнопористый слой является основой пленки.
После изготовления мембраны должны сохраняться во влажном состоянии.
Для предохранения мембран от воздействия бактерий рекомендуется хранить
их в 0,5 %-ном растворе формальдегида или в растворе медного купороса
концентрацией 800 мг/дм3 при рН = 4-6. Мембраны характеризуются
производительностью по фильтрату и селективностью
(ультрафильтры—средним диаметром пор). Паспортные характеристики гиперфильтрационных
мембран обычно определяются при фильтровании 0,5 %-ного раствора
поваренной соли под давлением 50 кгс/см2; ультрафильтрационных мембран — при
фильтровании дистиллированной воды давлением 1,5 кгс/см2.
380

Производительность мембран q выражается объемом фильтрата V,
пропускаемого через единицу рабочей поверхности мембраны/в единицу времени t.
Размерность производительности
q=Vlft, D.70)
Селективность полупроницаемых мембран R выражается процентным
отношением разности концентраций компонента в исходной воде и фильтрате к
концентрации его в исходной воде и рассчитывается по формуле
Л = 100(С<,-Сф)/С0) D.71)
где С0 и Сф — концентрации растворенного вещества соответственно в
исходной смеси и в фильтрате.
Срок эффективной работы мембран зависит от наличия в очищаемых стоках
микроорганизмов, от вида органических растворителей, величины рН,
температуры воды, а также от рабочего давления в аппаратах и при оптимальных
условиях составляет 1-2 года.
Производительность ацетатцеллголозных мембран снижается во времени
вследствие гидролиза материала мембраны независимо от объема
профильтрованной жидкости. В щелочной и кислой среде скорость гидролиза
возрастает и поэтому рН стоков следует поддерживать в нейтральной и слабокислой
области равным 4-7.
Повышение температуры до 30-40 °С увеличивает производительность
мембран обратно пропорционально вязкости фильтрата; при более высоких
температурах, вследствие усадки пор мембраны, прирост проницаемости
фильтрата менее интенсивный. Однако с увеличением температуры стоков возрастает
и скорость гидролиза мембран; в результате — необратимые ухудшение их
свойств. Следовательно, температуру стоков, подлежащих обработке
гиперфильтрацией, следует ограничивать 35- 40 "С.
Экономичным давлением в гиперфильтрационных системах считается 50 кгс/
смг (если оно не ниже осмотического давления концентрата). При повышении
давления до этого значения производительность ацетатцеллюлозных мембран
пропорционально возрастает. При более высоких давлениях деформации
«активного» слоя увеличение производительности происходит менее интенсивно
и достигает максимума при давлении порядка 150 кгс/см . Селективность
мембран при повышении давления возрастает.
Концентрация солей 5-10% в стоках практически не влияет на
селективность мембран. Однако при фильтровании растворов более высокой
концентрации селективность мембран снижается.
По отношению к ионам различных веществ селективность мембран
характеризуется рядом:
381

Таблица 4.20
ХАРАКТЕРИСТИКА МЕМБРАН
Марка мембраны
ЧГА-80
МГФ-90
МГА-95
МГА-100
УАМ-50М
УАМ-ЮОМ
VAM-150M
УАМ-200М
УАМ-300М
УАМ-500М
Производительность,
л/(м2-сут)
600
350
250
150
29-58
58-230
230-690
504-1370
920-2450
>1730
Селективность, %
80
90
95
97,5
—
—
—
—
—
—
Средний диаметр пор
—
—
—
—
<50
75±25
125±25
175±25
250+50
>300
Пористость, Уо
75±3
75±3
75±3
75+3
75±3
75±3
75+3
75±3
80±3
80±3
Примечание. Буква М в марке ультрафильтранионных мембран указывает на то, что мембраны
выпускаются в мокром виде.
Ar>Zn2Vcd2+>Mg2+>Ca2+>Ba2+>S042>№+>F">K+>Cr>Br">r>N03">H+D-73)
Выпускаются мембраны марок МГА — гиперфильтрационные ацетатные и
УАМ — ультрафильтрационные ацетатные (табл. 4.20).
Гиперфильтрационные мембраны для выявления дефектных участков
испытывают методом экспресс-дефектоскопии, разработанным во ВНИИ ВОДГБО.
Мембраны поставляются шириной 0,4 и 1 м, общей длиной 20-25 м,
намотанными на бобину, в полиэтиленовых пакетах.
В процессе гиперфильтрации вода переходит в фильтрат из примембранно-
го слоя, поэтому концентрация растворенных веществ непосредственно у
мембраны возрастает. В результате этого явления, называемого
концентрационной поляризацией, скорость фильтрации снижается (из-за увеличения
разности осмотических давлений в примембранном слое и фильтрате),
ухудшается качество фильтрата (вследствие увеличения движущей силы диффузии ионов
и молекул через мембрану), на рабочей поверхности мембраны может выпасть
осадок малорастворимых солей, содержащихся в воде, либо образоваться ге-
леобразный слой (при фильтрации высокомолекулярных соединений).
Вредное влияние концентрационной поляризации можно снизить
интенсифицируя отвод растворенных веществ от мембран. Это достигается
гидравлическим перемешиванием примембранного слоя воды с остальной массой раствора
при движении потока исходной воды вдоль мембран.
В гиперфильтрационных аппаратах стоки под высоким давлением
протекают вдоль мембран. При этом часть воды фильтруется сквозь мембрану и под
давлением, близким к атмосферному, по дренажной системе отводится из ап-
382

Рис. 4.49. Аппарат типа «фильтр-пресс». / — отвод очищенной воды; 2 — фланцы; 3 — подача
загрязненной воды; 4—опорная плита; 5—напорная камера; 6 — мембрана; 7 — отвод концентрата
парата. Сконцентрированная часть стока отводится из напорных камер через
клапан, редуцирующий давление атмосферного, либо на рекуператоры.
Известны четыре типа конструкции гиперфильтрационных аппаратов типа
«фильтр-пресс» корпусной и бес корпусной моделей; аппараты с трубчатыми
мембранами; с мембранами, свернутыми в рулон, и с мембранами в виде полого
волокна.
Аппараты типа «фильтр-пресс» (рис. 4.49) состоят из плотно сжатого между
двумя металлическими фланцами набора плоских фильтрующих элементов
прямоугольной или круглой формы, чередующихся с тонкими паронитовыми
прокладками.
Фильтрующий атемент представляет собой опорную винипластовую
пластину со щелью для отвода фильтрата, покрытую с обеих сторон дренажной
сеткой и мембранами.
Сточная вода подается в напорные камеры между фильтрующими элементами
и протекает последовательно или параллельно. Малая высота напорной
камеры (менее 0,1 см) позволяет при небольших расходах получать высокие
скорости транзитного потока, что существенно снижает концентрационную
поляризацию. Профильтрованная вода по дренажной сетке подводится к щели
опорной пластины и далее отводится в коллектор фильтрата.
Аппараты типа «фильтр-пресс» отличаются тем, что пробы в сборке,
надежны в эксплуатации, не требуют тщательной предварительной очистки воды.
Недостатки конструкции; относительно невысокая плотность размещения
мембран в единице объема аппарата A00-300 м /м ) и необходимость применения
ручного труда при сборке аппарата.
Установки с аппаратами «фильтр-пресс» с гиперфильтрационными
мембранами производительностью 0,6-1,9 м3/сут и селективностью от 97 до 65 %
либо с ультрафильтрами производительностью 2,7 м7сут поставляет датская
фирма «Де Данске Суккерфабриккер».
383

В РФ гиперфильтрационные установки УГ-1 и УГ-10 с аппаратами типа
«фильтр-пресс» для опреснения солоноватой воды производительностью по
фильтрату соответственно 1 и 10 м3/сут выпускает опытный завод АКХ им. К.
Д. Памфилова. Такие установки с модифицированными аппаратами могут
использоваться для очистки локальных стоков.
Ультрафильтрационная установка с аппаратами типа «фильтр-пресс»
производительностью 100 м3/сут разработана и намечена к выпуску во ВНИИ
продуктов брожения.
Аппараты с трубчатыми мембранами состоят из пористых пластмассовых
труб диаметром 6-30 мм, на внутренней стенке которых помещаются
дренажный слой и мембрана. Сточная вода подается под давлением в трубу, часть ее
фильтруется через мембрану и по дренажу, а затем по порам трубы отводится
наружу и стекает' в резервуар.
Достоинства трубчатых аппаратов: возможность очистки воды, содержащей
крупные взвешенные вещества; удобство механической очистки поверхности
мембран от осадков. Недостатки конструкции: низкая плотность размещения
мембран A00 м2/м3) и большие расходы транзитного потока, необходимые для
поддержания скорости, обеспечивающей снижение концентрационной
поляризации и выпадения осадка.
Гиперфильтрационные аппараты с полыми волокнами ВИТАК разработаны
во ВНИИ ВОДГЕО (рис. 4.50). Производительность элемента 0,03 м3/сут,
селективность мембран до 90 % при рабочем давлении 15 кгс/см2.
Схемы совместной работы гиперфильтрационных аппаратов, в зависимости
от производительности, состава стоков и необходимой степени их
концентрирования, могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.
По одноступенчатой схеме (рис. 4.51, а) эксплуатируются установки
небольшой производительности. Для установок большой производительности и
при необходимости значительного концентрирования стоков целесообразно
применение многоступенчатых установок (рис. 4.51, б-г).
При очистке воды по схеме б в аппаратах 1 ступени можно поддерживать
оптимальное для работы мембран давление (~ 50 кгс/см2) и применять мемб-
Рис. 4.50, Аппарат с мембранами в виде полого волокна: / — подача исходной воды; 2 —
распределительная трубка исходной воды; 3 — корпус; 4 — полое волокно; 5 — перегородка камеры
фильтрата; 6 — выход фильтрата; 7 — выход концентрата
384

'-01
4
1 - ^ ■
1 Л
I
s
\
■*■
^4
г) - __
2 .
2
■*
i
■>
|*"
m
"R
Щ-1
Рис. 4.51. Схемы гиперфильтрационных установок: а — одноступенчатая; б- г — многоступенчатые
схемы: / — насос; 2 — гинерфильтрациошгый аппарат; 3 — выход концентрата; 4 — пыход фильтрата
раны большей производительности (за счет снижения требуемой для
концентрата селективности). При работе установок по схеме б при высокой степени
концентрирования фильтрат аппаратов II ступени с более высоким
содержанием солей возвращается на повторную фильтрацию в аппараты 1 ступени.
В гиперфильтрационных аппаратах концентрат, расход которого достигает
50 % подаваемой насосом исходной воды, находится под высоким давлением
E0-100 кгс/см2). Утилизация потенциальной энергии концентрата стоков
может осуществляться с помощью турбин с электрогенератором, либо путем
385

Рис. 4.52. Схема энергообменника для рекуперации энергии концентрата: / — энергообменник; 2 —
ниэконапорный насос; 3 — высоконапорный насос; 4 — гиперфильтрационный аппарат; 5 —
низконапорный насос с высокопрочным корпусом
применения гидравлической системы (энергообменников), позволяющей
напор сбросного потока передать эквивалентному по расходу потоку исходной
воды. Использование турбин экономически оправдано для станции с
расходом концентрата, превышающим 2000 м3/сут.
На станциях меньшей производительности рентабельно рекуперировать
энергию концентрата с помощью энергообменников. При этом достигается
снижение себестоимости фильтрата примерно на 20 % на одноступенчатых
установках и на 15 % на многоступенчатых.
Энергообменник (рис. 4.52) состоит из полого цилиндра, разделенного
подвижным поршнем на две камеры переменного объема исходной воды и
концентрата, и двух низконапорных насосов, один из которых имеет корпус,
рассчитанный на высокое давление. Концентрат подается в цилиндр, заранее
заполненный исходной водой, и вытесняет ее под соответствующим давлением в
гиперфильтрационный аппарат. Потеря напора в гиперфильтрационном
аппарате компенсируется низконапорным насосом, также имеющим
высокопрочный корпус.
Перед подачей сточной воды в гиперфильтрационные установки следует для
предотвращения отложения осадков и биообрастаний проводить
предварительную ее обработку (осветление, обезжелезивание, хлорирование и другие
методы), а также корректировку величины рН.
В зависимости от типа используемого гиперфильтрационного аппарата
рекомендуется удалять из исходной воды взвешенные вещества размером 1-10 мкм
для аппаратов с мембранами в виде полого волокна, 10-25 мкм для аппаратов
рулонного типа и типа «фильтр-пресс» и более 25 мкм для аппаратов с
трубчатыми мембранами.
При содержании в сточной воде солей железа и марганца, когда в
транзитном потоке незначительно превышается концентрация равновесного
насыщения раствора, для предотвращения выпадения этих солей в осадок рекомен-
386

дуется подкислите исходной жидкости при значительной концентрации
солей железа и марганца их удаляют из воды окислением с последующим
фильтрованием.
Не следует подавать в аппараты стоки, пересыщенные сульфатом или
карбонатом кальция либо имеющие концентрацию ионов этих солей, при которой
может получиться пересыщение раствора указанными соединениями в
аппаратов процессе концентрирования.
Предотвращение выпадения в осадок СаСО, достигается подкислением
стоков до рН = 5,5-6 либо введением полифосфатов (гексаметафосфата натрия,
триполифосфата натрия) в количестве 20 мг на 1 дм или органического поли-
электролита (цианамида) —■ 0,5 мг на 1 дм'.
Для удаления осадков с поверхности мембран в трубчатых аппаратах
следует предусмотреть механическую очистку (пропускание через элементы
полиуретановых шариков диаметром, соизмеримым с внутренним диаметром
труб), а в аппаратах остальных типов — промывку напорных камер
растворами ингибированной соляной или ортофосфорной кислоты, трилоном Б и др. в
зависимости от состава осадка.
Во ВНИИ ВОДГЕО разработан способ удаления осадков с поверхности
мембран обратной промывкой (фильтрованием через мембрану воды со стороны
дренажа в напорную камеру) под давлением 0,1-0,2 кгс/см .
Проектирование гиперфильтрационных установок для очистки
производственных стоков конкретного состава требует предварительных
экспериментальных исследований, включающих: определение производительности,
селективности и стойкости мембран по отношению к основным компонентам стока;
определение оптимальных эксплуатационных характеристик
аппаратов—давление и скорость транзитного потока, при которой предотвращается
осадкообразование на мембранах; изучение различных методов удаления
осадков с поверхности мембран; обоснование многоступенчатой очистки. По
результатам эксперимента выбирают метод предварительной очистки стоков,
определяется схема совместной работы гиперфильтрационнных аппаратов,
производится расчет установки, назначается эксплуатационный режим и
рассчитываются экономические показатели процесса.
При очистке и концентрировании стоков промывных ванн гальванических
цехов на двухступенчатой установке с аппаратами типа «фильтр-пресс»,
заряженными мембранами селективностью 93,5 % по NaCl, достигается возможность
семикратного концентрирования расгвора с содержанием хрома 420 мг/дм при
давлении 35 кгс/см2. Фильтрат с содержанием хрома 9,5 мг/дм3, с расходом 20 %
подаваемой воды возвращается в технологическую линию. При очистке стоков
производства полиамина и изоциана-юв, содержащих хлорбензол, а также
метанол, формальдегид, полиамин, анилин, NaOH (рН = 10) и NaCl, через полиуре-
387

тановые мембраны [проницаемостью до 30 л/(м ч)] по двухступенчатой схеме
при давлении до 100 кгс/см2 достигается полное отделение хлорбензола из
исходного раствора с концентрацией 2200 мг/дм.
Очистка и концентрирование жидких радиоактивных отходов низкого
уровня активности гиперфильтрацией на ацетатцеллюлозных мембранах
позволяет снизить в фильтрате активность стоков на два порядка и общее содесодер-
жание в 10-15 раз при коэффициенте концентрирования 100.
Как видно из изложенного, в настоящее время метод гиперфильтрации
можно использовать для очистки сточных вод, содержащих различные
растворенные вещества. При этом можно получать очищенную воду необходимого
качества. Полученный концентрат при содержании в нем ценных компонентов
утилизируют, при отсутствии уничтожают или захороняют.
Десорбция и дезодорация. Многие сточные воды загрязнены летучими
неорганическими и органическими примесями, сероводородом, диоксидом серы,
сероуглеродом, аммиаком, диоксидом углерода и др.
При пропускании воздуха или другого инертного малорастворимого в воде
газа (азот, диоксид углерода, топочные дымовые газы и др.) через сточную
воду летучий компонент диффундирует в газовую фазу. Десорбция
обусловлена более высоким парциальным давлением газа над раствором, чем в
окружающем воздухе.
Процесс десорбции веществ из сточных вод инертными газами может быть
проведен в тарельчатых, насадочных и распылительных колоннах. Наиболее
интенсивно для тарельчатых колонн он протекает в пенном режиме, а для
насадочных — в режиме эмульгирования. Для проведения процесса могут быть
использованы колонны с колпачковыми, ситчатыми, клапанными,
провальными и другими тарелками.
Аз<
вода
i
/ -
к
\
4
Д
, 1
, 1
, 1
, 1
/
^2 С
Газы на
сжигание
—,
5
/
>
'
>шщенная
вода
Очищенная Рис'4*53"Схема Устан<эвки для десорбции
хлорбензола из сточной воды: / — емкость; 2 —
насос; 3 — коллектор азота; 4 — колонна; 5—кат-
лектор отходящих газов
388

Схема очистки воды от хлорбензола десорбцией азотом показана на рис. 4.53.
Сточная вода, подвергающаяся очистке, кроме хлорбензола содержит
метанол, ароматические амины, формальдегид и хлорид натрия. Колонна состоит
из четырех царг, в каждой из которых установлены три барботажные тарелки.
Азот подают в каждую нарту раздельными потоками через коллектор.
Концентрация хлорбензола равная или меньшая ПДК @,02 мг/дм3)
достигалась при начальном содержании его в воде 1,8-2 мг/дм и расходах воды 0,15 м3/
ч и азота 44 м3/ч.
В некоторых сточных водах содержатся меркаптаны, амины, аммиак,
сероводород, альдегиды, углеводороды. Для очистки таких сточных вод можно
использовать различные способы: аэрацию, хлорирование, ректификацию,
дистилляцию, обработку дымовыми газами, окисление кислородом под
давлением, озонирование, экстракцию, адсорбцию и микробиологическое
окисление.
Наиболее эффективным считается метод аэрации, который заключается в
продувании воздуха через сточную воду. Процесс проводят в аппаратах
различной конструкции. На схеме, представленной на рис. 4.54 удаление загряз-
Сточная
\
Воздух.
Очиц
во
А
А
енная
да
'
Воздух
солей ^
Сточная вода
■V
h-pj
Рис. 4.54, Схема установки для дезодорации
(/ и 2 —тарельчатая и насадочная колонны)
Рис. 4,55. Схема установки для очистки
сточных вод от серосодержащих соединений
окислением под давление: / — емкость; 2 —
насос; 3 — теплообменник; 4 — трубчатый
реактор; 5 — сепаратор
Воздух
н
Очищенная
т вода
Воздух?
389

няющих веществ проводят в тарельчатой колонне каскадного типа. Сточная
вода растекается в виде пленок по тарелкам, на которых происходит ее
контакт с воздухом. Затем воздух с выделенными веществами поступает в наса-
дочную колонну, которая орошается раствором щелочи.
Для очистки на 85-90 % необходимо иметь удельный расход 12—15 м на 1 м
сточной воды, число тарелок не менее 10, плотность орошения — 20-80 м/
(м2- ч), концентрацию щелочи — не менее 40 г/дм3 NaOH.
Очистку сточных вод от сероводорода окислением кислородом воздуха при
атмосферном давлении в присутствии катализатора (железная стружка,
графитовые материалы и др.) проводят в аэрационном бассейне, куда подают
сжатый воздух. Большая часть сероводорода при этом окисляется до элементной
серы, а другая часть отдувается воздухом. Вода очищается от серы, а воздух с
сероводородом поступает на очистку в адсорбер с активным углем. После
насыщения уголь регенерируют сульфатом аммония. При окислении
продолжительностью 60-90 мин и расходе воздуха 10-12 м3/м3 степень очистки воды
достигает 95-97 %.
Высокая степень очистки может быть достигнута при использовании жид-
кофазного окисления сернистых веществ кислородом воздуха под давлением.
Окисление сероводорода в щелочной среде при этом происходит до
тиосульфата и сульфата натрия, а метилмеркаптана и диметилдисульфида до метан-
сульфокислоты.
Схема установки окисления сернистых соединений кислородом воздуха под
давлением представлена на рис. 4.55. Серосодержащие сточные воды
нагреваются в теплообменнике до 100°С, а затем поступают в трубчатый реактор,
куда подается воздух под давлением 1,5 МПа. При указанных условиях
серосодержащие соединения окисляются до сульфатов. Смесь воды с воздухом
разделяется в сепараторе. Вода из сепаратора возвращается в емкость.
Количество подаваемого воздуха составляет по кислороду 200 % ХПК сточных вод.
Степень очистки по сернистым соединениям достигает 90 %, а ХПК
снижается на 60-75 %.
4.1.5. Физические методы
К ним относятся электрогидравяический, ультразвуковой,
электростатический, радиационный, магнитный и термический методы.
Термические методы весьма разнообразны и подробно будут рассмотрены в
соответствующих разделах. Их можно разделить на методы
концентрирования сточных вод с выделением чистой воды и при необходимости,
кристаллизации примесей; и методы уничтожения загрязнителей (главным образом,
органических).
390

Установки термического концентрирования растворов
Испарительные
Вымораживающие Кристаллогидрат ые
1
II
Рис. 4.56. Классификация установок термического концентрирования растворов
Концентрирование сточных вод может быть проведено в испарительных,
вымораживающих и кристаллогидратных установках непрерывного и
периодического действия. Классификация установок термического концентрирования
показана на схеме (рис. 4.56).
При расчете энергетических затрат в промышленных условиях учитывают
энергию, затраченную на испарение г, и на работу разделения раствора и
растворителя, так как остальные составляющие невелики:
q = r + l.
D.74)
Поскольку при выпаривании с кристаллизацией выделяется теплота
кристаллизации г , то затраты энергии на выпаривание будут
q' = q-
D.75)
При выпаривании низкоконцентрированных растворов с кристаллизацией
значение / мало, поэтому затраты энергии на выпаривание составят
Ч = г-г^ D.76)
Выпарные установки будут рассмотрены ниже.
Магнитная обработка относится к тем методам, которые позволяют
интенсифицировать процесс очистки воды без добавления специальных реагентов,
в сьою очередь загрязняющих окружающую среду и препятствующих
применению замкнутого водооборота. Установлено, что при воздействии на воду
магнитного поля улучшается флотация взвещенных веществ, ускоряются их
осаждение и агрегация, изменяется структура образующегося осадка.
Остаточная концентрация взвешенных веществ снижается в 1,5 раза, а время
осаждения — в 2 раза. Растворенное железо превращается в магнитные оксиды,
которые легко удаляются из воды в магнитных полях вместе с
адсорбированными на них загрязняющими веществами.
391

Преимущества метода электромагнитной обработки заключаются в
невысокой стоимости оборудования и малых эксплуатационных расходах. В
частности, расходы на электроэнергию составляют 0,05-0,2 к. на 1 м3 воды.
Институт экологической безопасности (г. Пермь, ул. Пономарева, 14)
разработал гидромагнитную систему (ГМС) для предотвращения образования
отложений и защиты от коррозии стенок магистралей и теплообменных
элементов, расчитанных на расход воды от 0,4 до 2700 м3/ч, диаметром 15-525 мм.
К недостаткам метода следует отнести отсутствие теоретических основ омаг-
ничивания воды, что не позволяет прогнозировать применение этого метода
для новых условий.
Радиационная очистка воды — самый быстрый метод, скорость которого
зависит от количества энергии излучения, подаваемой в единицу времени. Этот
метод не требует введения в воду новых химических реагентов и протекает в
одну стадию. Под действием радиации в сточной воде происходят окисление,
полимеризация, коагуляция и разложение загрязняющих веществ.
Для удаления 90-95 % ПАВ при начальной концентрации 200 г/м
необходима доза облучения б0Со 10б Рад. При наличии в воде кислорода процесс
ускоряется. Сильное влияние на радиационное разрушение ПАВ оказывает рН воды.
В щелочной среде тетрапропилен- и пентапропиленбензосульфонаты вообще
не разлагаются. В нейтральной среде указанные ПАВ разрушаются слабо. В
кислой среде скорость разложения значительно возрастает. Продукты радиа-
лиза играют главную роль в процессе превращения ПАВ. Показано [5.20], что
при радиализе сульфанола, эмульгатора некаля, ОП-7, ОП-9 для полного
удаления ПАВ при их начальной концентрации 100 г/м3 необходима доза 0,4-
0,5 МРад. При этом поверхностное натяжение раствора становится равным 70
мН/м и ценообразование не происходит. Барботаж воздуха увеличивает
степень разрушения указанных веществ вдвое. При облучении дозой 0,3-0,5 МРад
раствор некаля приобретает способность разлагаться биологически.
Присутствие неорганических и органических примесей не влияет на
радиационное разложение ПАВ.
4.1.6. Биотехнологические методы
Развитие общества приводит к постоянному увеличению количества
антропогенных отходов, поступающих в окружающую среду. На борьбу с этими
отходами расходуются огромные средства, среди которых первое место (и с
большим отрывом) занимают энергозатратные технологии:
физико-химические, термические и др.
Однако в последние годы наметился существенный прорыв за счет
использования биотехнологий, требующих существенно меньших затрат, например:
392

• для переработки органосодержащих отходов с получением ценных
удобрений успешно используются красные калифорнийские черви;
• в Чехии в курортных районах для сохранения чистоты водоемов
пестициды и гербициды заменили «белыми скворцами», успешно осуществляющими
борьбу с вредными насекомыми;
• в прудах доочистки стоков нефтеперерабатывающих предприятий
основным «чистильщиком» являются некоторые виды рыб;
• древняя эйхорния, высшая водная растительность, очищает природные
водоемы и сточные воды от множества ингредиентов;
• сотрудники НИИ растениеводства (Санкт Петербург) предложили
использовать так называемую безгашишную коноплю для поглощения углекислоты
из атмосферы и очистки почвы от солей тяжелых металлов.
Остановимся на биохимических методах очистки стоков с использованием
микробиологических штаммов, которые тоже относятся к биотехнологии.
Девяносто лет хозяйственно-фекальные стоки очищаются на биохимических
очистных сооружениях. Огромное количество производственных
органосодержащих стоков также обрабатывается этими методами. Следует отметить, что и у
нас, и за рубежом в последние годы идет реконструкция биохимических
очистных комплексов, прежде всего в области обработки осадков и доочистки
сточных вод. Широкое использование для очистки разнообразных стоков — неф-
тесодержащих, содержащих соединения тяжелых цветных металлов,
городских и др. — получили биоинженерные методы, основанные на использовании
гидробионтов (микроорганизмов, водорослей и макрофитов).
Особенно удачно применяют макрофиты (тростник обыкновенный, камыш
озерный, рогоз узколистый, злодея канадская и др.) в биоплато, биоканалах,
многоступенчатых прудах для удаления меди, цинка, железа, ванадия,
мышьяка, нефтепродуктов, биогенов.
Обратим внимание на биотехнологические методы очистки стоков,
содержащих ионы тяжелых цветных металлов (ИТМ). Вероятно, первые
разработки в этом направлении были осуществлены в НПО «Союз» под руководством
академика Б. П. Жукова в конце шестидесятых годов прошлого века. Были
найдены микроорганизмы, которые при определенных анаэробных условиях
в течение только одного часа очищали стоки от соединений шестивалентного
хрома. Подобная технология была внедрена на очистных сооружениях
автозавода «Коммунар» (г. Запорожье). Аналогичные работы проводились в Уфе, в
нефтяном институте (В. Е. Губин, Г. Ф. Смирнова и др.). Разработанная
технология биохимической очистки производственных сточных вод
(гальванических, травильных и др.) позволяет удалить ИТМ, органические и
неорганические соединения, понижать солесодержание. Метод основан на применении
комплекса гетеротрофных микроорганизмов, основой которых являются суль-
393

фатвосстанавливающие бактерии, которые в анаэробных условиях
восстанавливают сульфаты до сероводорода, осаждающего ионы металлов в
виде нерастворимых сульфидов. Процесс сопровождается подщелачиванием
среды обитания, что приводит к одновременному образованию и осаждению
гидроксидов металлов. Питательными компонентами для микроорганизмов
являются загрязняющие стоки органические и неорганические вещества,
содержание которых снижается.
Интересный опыт получен ПО «ЭМ-кооперация Урала» по переработке
органических отходов в удобрения с помощью биопрепаратов Тамир и Байкал-
ЭМ. Особенно интересен факт успешной переработки отходов свинокомплекса
на 5 тыс. голов в черте города. Специалисты знают, насколько сложна эта
проблема.
Однако пока основными методами очистки разнообразных стоков остаются
традиционные биохимические, на которых мы остановимся.
Биологические методы очистки сточных вод основаны на естественных
процессах жизнедеятельности гетеротрофных микроорганизмов.
Микроорганизмы, обладают рядом особых свойств, из которых выделим три основных,
используемых дай целей очистки:
• способность потреблять в качестве источников питания самые
разнообразные органические (и некоторые неорганические) соединения для
получения энергии и обеспечения своего функционирования.
• свойство быстро размножаться. В среднем число бактериальных клеток
удваивается через каждые 30 мин.
• способность образовывать колонии и скопления, которые сравнительно
легко можно отделить от очищенной воды после завершения процессов
изъятая содержавшихся в ней загрязнений.
В живой микробиальной клетке непрерывно и одновременно протекают два
процесса — распад молекул (катаболизм) и их синтез (анаболизм),
составляющие в целом процесс обмена веществ — метаболизм. Иными словами,
процессы деструкции потребляемых микроорганизмами органических
соединений неразрывно связаны с процессами биосинтеза новых микробиальпых
клеток, различных промежуточных или конечных продуктов, на проведение
которых расходуется энергия, получаемая микробиальной клеткой в
результате потребления питательных веществ. Источником питания для
гетеротрофных микроорганизмов являются углеводы, жиры, белки, спирты и т.д.,
которые могут расщепляться ими либо в аэробных, либо в анаэробных условиях.
Значительная часть продуктов микробной трансформации может выделяться
клеткой в окружающую среду или накапливаться в ней. Некоторые
промежуточные продукты служат питательным резервом, который клетка использует
после истощения основного питания.
394

Весь цикл взаимоотношений клетки с окружающей средой в процессе
изъятия из нее и трансформации питательных веществ определяется и
регулируется соответствующими ферментами. Ферменты локализуются б цитоплазме
и в различных субструктурах, встроенных в мембрану клетки, выделяются на
поверхность клетки или в окружающую среду. Общее содержание ферментов
в клетке достигает 40-60 % от общего содержания в ней белка, а содержание
каждого из ферментов может составлять от 0,1 до 5 % от содержания белка.
При этом в клетках может находиться свыше 1000 видов ферментов, а каждую
биохимическую реакцию, осуществляемую клеткой, могут катализировать 50-
100 молекул соответствующего фермента. Часть ферментов представляют
собой сложные белки (протеиды), содержащие кроме белковой части (апофер-
мента) небелковую часть (кофермент). Во многих случаях коферментами
являются витамины, иногда комплексы, содержащие ионы металлов.
Ферменты делятся на шесть классов по характеру реакций,
катализирующих: окислительные и восстановительные процессы; перенос различных
химических групп от одного субстрата к другому; гидролитическое расщепление
химических связей субстратов; отщепление от субстрата химической группы
или присоединение таковой; изменение в пределах субстрата; соединение
молекул субстрата с использованием высокоэнергетических соединений.
Поскольку михробиальная клетка потребляет только растворенные в воде
органические вещества, то проникновение в клетку нерастворимых в воде
веществ, таких, например, как крахмал, белки, целлюлоза и др. возможно лишь
после их соответствующей подготовки, для чего клетка выпускает в
окружающую жидкость необходимые ферменты для гидролитического их
расщепления на более простые субъединицы.
Коферменты определяют природу катализируемой реакции и по
выполняемым функциям подразделяются на три группы:
• переносящие ионы водорода или электроны; связаны с
окислительно-восстановительными ферментами — оксидоредуктазами.
• участвующие в переносе групп атомов (АТФ — аденозинтрифосфорная
кислота, осфаты углеводов, СоА — коферменат А и др.)
• катализирующие реакции синтеза, распада и изомеризации углеродных
связей.
Механизм изъятия из раствора и последующей диссимиляции субстрата
носит весьма сложный и многоступенчатый хараетер взаимосвязанных и
последовательных биохимических реакций, определяемых типом питания и
дыхания бактерий.
Процессы биохимического окисления у гетеротрофных микроорганизмов
делят на три группы в зависимости оттого, что является конечным акцептором
водородных атомов или электронов, отщепляемых от окисляемого субстрата.
395

Если акцептором является кислород, то этот процесс называют клеточным
дыханием или просто дыханием; если акцептор водорода—органическое
вещество, то процесс окисления называют брожением; наконец, если акцептором
водорода является неорганическое вещество типа нитратов, сульфатов и пр., то
процесс называют анаэробным дыханием, или просто анаэробным.
Наиболее полным является процесс аэробного окисления, т.к. его продукты
вещества, не способные к дальнейшему разложению в микробиальной клетке
и не содержащие запаса энергии, которая могла бы быть высвобождена
обычными химическими реакциями. Главные из этих веществ диоксид углерода
(С02) и вода (Н20). Хотя оба эти вещества содержат кислород, химический
путь их образования в клетке может быть различным поскольку диоксид
углерода может получаться в результате биохимических процессов, протекающих
в бескислородной среде под воздействием ферментов — декарбоксилаз,
отщепляющих СО,от карбоксильной группы (СООН) кислоты. Вода в
результате жизнедеятельности клетки образуется исключительно путем соединения
кислорода воздуха с водородом тех органических веществ, от которых он
отщепляется в процессе их окисления.
Аэробная диссимиляция субстрата — углеводов, белков, жиров носит
характер много стадийного процесса, включающего первоначальное
расщепление сложного углеродсодержащего вещества на более простые субъединицы
(к примеру полисахариды — в простые сахара; жиры — в жирные кислоты и
гяицерол; белки — в аминокислоты), подвергающиеся, в свою очередь,
дальнейшей последовательной трансформации. При этом доступность субстрата
окислению существенно зависит от строения углеродного скелета молекул
(прямой, разветвленный, циклический) и степени окисления углеродных
атомов. Наиболее легко доступными считаются сахара, особенно гексозы, за ними
следуют многоатомные спирты (глицерин, маннит и др.) и карбоновые
кислоты. Общий конечный путь, которым завершается аэробный обмен углеводов,
жирных кислот, аминокислот, — цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) или цикл
Кребса, в который эти вещества вступают на том или ином этапе. В условиях
аэробного метаболизма около 90 % потребляемого кислорода используется на
дыхательный путь получения энергии клетками микроорганизмов.
Брожение является процессом неполного расщепления органических
веществ, преимущественно углеводов в условиях без кислорода, в результате
которого образуются различные промежуточные частично окисленные
продукты, такие как спирт, глицерин, муравьиная, молочная, лропионовая
кислоты, бутанол, ацетон, метан и др., что широко используется в биотехнологии
для получения целевых продуктов. До 97 % органического субстрата может
превращаться в такие побочные продукты и метан.
Для удаления из воды растворенных органических веществ наиболее часто
применяют биохимическое их окисление в природных или искусственно соз-

данных условиях. В первом случае для этого используются почвы, проточные
и замкнутые водоемы (реки, озера, лагуны и т.п.), во втором — специально
построенные для очистки сооружения (биофильтры, аэротенки и другие
окислители различных модификаций). Эти сооружения аналогичны
сооружениям, применяемым для очистки бытовых сточных вод; специфичны лишь
исходные расчетные данные (нагрузка по воде и по количеству загрязняющих
веществ на единицу объема сооружения), которые определяются
особенностями состава производственных стоков.
Наибольшие трудности при очистке бытовых и производственных сточных
вод связаны с удалением из них тонкодисперсных и растворенных органических
веществ. Для извлечения таких примесей используются биохимические
процессы, осуществляемые комплексом различных видов микроорганизмов,
способных адаптироваться (приспосабливаться) к условиям среды, т.е. к составу
воды и концентрации в ней загрязнений, а также к температуре и активной
реакции воды. Этим свойством объясняется то, что практически
биологическая очистка сточных вод, содержащих различного рода органические
вещества, производится в основном одним и тем же комплексом микроорганизмов.
Биологическая очистка сточных вод основана на способности
микроорганизмов использовать для питания находящиеся в сточных водах органические
вещества (кислоты, спирты, белки, углеводы и т.д.), которые являются для них
источником углерода. Необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов
азот, фосфор, калий они получают из различных соединений: азот — из
аммиака, нитратов, аминокислот и др. (некоторые микроорганизмы — азотобактер
— могут использовать азот из воздуха); фосфор и калий — из минеральных
солей этих веществ. В процессе питания микроорганизмов происходит
прирост их массы.
Процесс биологической очистки условно разделяют на две стадии
(протекающие одновременно, но с различной скоростью): адсорбция из сточных вод
тонколисперсной и растворенной примеси органических и неорганических
веществ поверхностью тела микроорганизмов и разрушение адсорбированных
веществ внутри клетки микроорганизмов при протекающих в ней
биохимических процессах (окислении, восстановлении). Обе стадии наблюдаются в
аэробных, и в анаэробных условиях. Соответственно и микроорганизм разделяют
на две группы: аэробные и анаэробные.
Биологическое окисление — широко применяемый на практике метод
очистки производственных сточных вод, позволяющий очистить их от многих
органических примесей. Процесс этот, по своей сущности, природный, и его
характер одинаков для процессов, протекающих в водоеме, очистном
сооружении, и др.
Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов
(биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших и
397

ряд более высокоорганизованных организмов — водорослей, грибов и т.д.,
связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями
(метабиоза, симбиоза и антагонизма). Главенствующая роль в этом
сообществе принадлежит бактериям, число которых варьирует от 10 до 10 клеток
на 1 г сухой биологической массы (биомассы). Число родов бактерий может
достигать 5-10, число видов — нескольких десятков и даже сотен.
Такое разнообразие видов бактерий обусловлено наличием в очищаемой воде
органических веществ различных классов. Если же в составе сточных вод
присутствует лишь один или несколько близких по составу источников
органического углерода, т.е. один или несколько близких гомологов органического
соединения, то возможно развитие монокультуры бактерий.
Сообщество микроорганизмов представлено одними бактериями в том
случае, если очистку проводят в анаэробных условиях (в отсутствии
растворенного в воде кислорода) или при слишком неблагоприятном уровне питания,
который представляет собой отношение количества органических вешеств к
числу микроорганизмов. Неблагоприятным уровнем питания может
оказаться, например, слишком высокое соотношение количеств подаваемых на
очистку загрязнений и биомассы микроорганизмов. Если очистку проводят в
анаэробных условиях (в присутствии растворенного кислорода), то при
благоприятной обстановке в сообществе микроорганизмов развиваются простейшие,
представленные числом видов от 1 до 15-30.
Среди бактерий в очистных сооружениях сосуществуют гетеротрофы и ав-
тотрофы, причем преимущественное развитие та или иная группа получает в
зависимости от условий работы системы. Эти две группы бактерий
различаются по своему отношению к источнику углеродного питания. Гетеротрофы
используют в качестве источника углерода готовые органические вещества и
перерабатывают их для получения энергии и биосинтеза клетки. Автотроф-
ные организмы потребляют для синтеза клетки неорганический углерод, а
энергию получают за счет фотосинтеза, используя энергию света, либо
хемосинтеза путем окисления некоторых неорганических соединений (например,
аммиака, нитритов, солей двухвалентного железа, сероводорода, элементарной серы
и др.).
Механизм биологического окисления в аэробных условиях гетеротрофными
бактериями может быть представлен следующей схемой:
органические вещества + 02 + N + Р —> микроорганизмы + С02 + Н20 +
+ биологически неокисляемые растворенные вещества;
микроорганизмы + 02 -> С02 + Н20 +N + Р +
+ биологически неразрушаемая часть клеточного вещества.
398

Первая схема символизирует окисление исходных органических загрязнений
сточных вод и образование новой биомассы. В очищенных сточных водах
остаются биологически неокисляемые вещества, преимущественно в
растворенном состоянии, так как коллоидные и нерастворенные вещества удаляются из
сточной воды методом сорбции.
Процесс эндогенного окисления клеточного вещества, который происходит
после использования внешнего источника питания, описывает вторая схема.
Примером окисления автотрофами может быть процесс нитрификации
55Щ* + 5СО + 7602 -> CsH,N02 + 54N02" + 52H/) + 109H'; D.77)
400NO2" + 5С02 + NH44 + 19502 + 2Н20 -> C5H7N02 + 400NO3"+ Н\ D.78)
где C5H?N02 — символ состава органического вещества образующихся клеток
микроорганизмов.
Реакцию осуществляют бактерии poflaNitrosomonas, при этом они переводят
азот аммонийных солей в азот нитритов, а реакцию — окисление азотанитри-
тов в азот нитратов проводят бактерии рода Nitrobacter.
Анаэробный процесс метановой ферментации проходит по следующей схеме:
органические вещества + Н20 -» СН„ + С02 + C5H7N02 + NH4+ + HC03~.
Анаэробный процесс денитрификации происходит в две стадии:
N03~ + органические вещества -» N02"+ С02 + Н20;
N03" + органические вещества -> N2 + С02 + Н20 + ОН".
Если процесс денитрификации проводят с биологически очищенной водой,
практически лишенной исходных органических веществ, то в качестве
углеродного питания применяют относительно недорогой метиловый спирт. В этом
случае суммарная реакция денитрификации может быть записана следующим
образом:
6N03" + 5H3COH-> 3N2 + 5С02 + 7U.O + 60Н\ D.79)
Перечисленные схемы процессов далеко не исчерпывают всех возможностей
биологического окисления (биоокисления), но именно они наиболее часто
встречаются в практике очистки городских и производственных сточных вод.
Все показанные здесь ферментативные реакции осуществляются внутри
клетки, для чего необходимые элементы питания должны попадать в ее тело сквозь
оболочку. Многие же исходные органические примеси могут иметь слишком
большие размеры частиц по сравнению с размерами клетки. В связи с этим
значительная роль в общем процессе окисления отводится протекающему вне
399

клетки ферментативному гидролитическому расщеплению крупных молекул
и частиц на более мелкие, соизмеримые с размерами клетки.
Если в сообществе микроорганизмов имеются простейшие, то их роль
весьма многопланова и заключается, прежде всего, в регулировании числа
бактерий в сообществе микроорганизмов и в непосредственном изъятии из сточной
воды крупных частиц исходных примесей.
Эффективность процессов биологической очистки зависит от ряда факторов,
одни из которых поддаются изменению и регулированию в широких диапазонах
в пределах биологической системы, регулирование же других, таких,
например, как состав поступающих на очистку сточных вод, практически исключено.
Действие основных факторов, определяющих пропускную способность
системы и степень очистки сточной воды, рассмотрено ниже.
Температура. Оптимальной температурой для аэробных процессов,
происходящих в очистных сооружениях, считается 20-30 °С, при этом биоценоз при
прочих благоприятных условиях представлен наиболее разнообразными и
хорошо развитыми микроорганизмами. В то же время температурный оптимум
бактерий различных групп варьирует в широких пределах: для психрофилов
10-15 °С, мезофилов 25-37 °С, термофилов — 52-55 "С.
Микроорганизмы хорошо развиваются при оптимальных температурах и
сохраняют свою жизнеспособность при колебаниях температур в
значительных диапазонах (рис. 4.57).
Если температурный режим не соответствует оптимальному, то рост
культуры, а также скорость обменных процессов в клетке заметно ниже
максимальных значений. Наиболее неблагоприятное влияние на развитие
культуры оказывает резкое изменение температуры. При аэробной очистке сточных
вод влияние температуры усугубляется еще вследствие соответственного
изменения растворимости кислорода. Очень чувствительны к температуре
бактерии нитрификаторы; их наибольшая активность наблюдается при
температуре не ниже 25 °С.
Продолжительность аэрации следует умножить на отношение 15/Г(где Т—
среднегодовая температура поступающих на очистку сточных вод). От-
15 25
I емпература
1'ис. 4.S7. Температурная зависимость
относительной активности суспензии
Asotobaster fisheri
400

носительная продолжительность окисления х изменяется в зависимости от
колебаний температуры сточной воды:
Г,°С 10 15 20 25 30
•с 0,67 1 1,3 1,67 2
При расчете высоконагружаемых: биофильтров влияние температуры
учитывается уравнением Стриттера:
кт=кгоЛ,0^т'2\ D.80)
где кт и /с20 — константы процесса соответственно при расчетных
температурах сточных вод Г и 20 СС.
Если условно принять /с20 = 1, то относительное изменение величины
константы процесса в зависимости от температуры оказывается:
7/,°С 10 15 20 25 30
кт 0,63 0,79 1 1,26 1,58
Активная реакция среды. Концентрация водородных ионов существенно
влияет на развитие микроорганизмов. Значительная часть бактерий
развивается лучше всего в нейтральной среде или близкой к ней, однако имеются виды,
хорошо развивающиеся в кислой среде с рН = 4-6 (грибы, дрожжи) или,
наоборот, в слабощелочной среде (актиномицеты).
Биологическая очистка наиболее эффективна, если значение рН не выходит
за пределы 5- .оптимальной считается среда с рН = 6,5-7,5. Отклонение рН за
пределы 5-9 влечет за собой уменьшение скорости окисления вследствие
замедления обменных процессов в клетке, нарушения проницаемости ее цито-
плазматической мембраны и др.
Ряд бактерий в процесс е жизнедеятельности изменяет реакцию среды. Так,
при разложении мочевины выделяющийся аммиак подщелачивает среду. Очень
важно, что микроорганизмы сами способны регулировать величину рН среды,
хотя и к ограниченных пределах.
Если значения температуры и рН выходят за пределы не только оптимальных,
но и допустимых величин, необходимо корректировать эти параметры в
сточных водах, поступающих на биологическую очистку.
Биогенные элементы для нормального процесса синтеза клеточного
вещества, а следовательно, и для эффективного процесса очистки сточной воды в
среде должна быть достаточная концентрация всех основных элементов
питания — органического углерода, азота, фосфора.
Кроме основных элементов состава клетки (С, N, О, Н) для ее построения
необходимы в незначительном количестве и другие компоненты. Так, потреб-
401

ность клетки в марганце составляет 10-10" мг на 1 мг снятой БПК5, меди
14,6-Ю, цинке — 16-Ю, молибдене — 43-10~5, селене — 14-100, магнии —
30-Ю, кобальте — 13-10" , кальции — 62-10, натрии — 510 , калии —
45-10, железе — 12-10, карбонат-ионе — 27-10. Содержание указанных
элементов в природных водах, из которых затем образуются сточные, обычно
достаточно, чтобы полностью удовлетворить требованиям бактериального
метаболизма. Часто не хватает азота и фосфора и их добавляют искусственно в
виде суперфосфата, ортофосфорной кислоты, аммофоса, сульфата, нитрата или
хлорида аммония, мочевины и т.п.
Достаточность элементов питания для бактерий в сточных водах определяется
соотношением БГТК : N : Р (азот аммонийных солей или белковый и фосфор в
виде растворенных фосфатов). Согласно рекомендациям СНиП П -32-74, при
обработке городских сточных вод соотношение ВПК : N : Р должно быть не
менее 100 : 5 : 1. Можно подсчитать, что в бытовых сточных водах,
поступающих после механической очистки на биологическую, это соотношение
составляет примерно 100 : 20 : 2,5. Как видно, здесь содержание азота и
фосфора намного выше, чем это требуется, вследствие чего целесообразна
совместная очистка бытовых и производственных сточных вод, если последние не
содержат указанных биогенов.
Уровень питания. В технической литературе за меру уровня питания
принимают величину суточной нагрузки по загрязнениям в пересчете на 1 м3
очистного сооружения, на 1 г сухой биомассы или на 1 г беззольной части
биомассы. Наиболее часто оперируют значениями нагрузки по ВПК, однако в ряде
случаев подсчитывают и величину нагрузки по индивидуальному виду
загрязнений.
Для аэрационных сооружений величина нагрузки на активный ил в
совокупности с другими характеристиками дает возможность предсказать
эффективность процесса очистки и, в частности, седиментационные свойства ила.
По степени нагруженности аэрационные системы разделяют на высоко-
нагружаемые, классические и низконагружаемые. В высоконагружаемых
системах (с нагрузкой более 400 мг БПКпол1| на 1 г беззольного вещества ила в сутки)
сравнительно с остальными системами прирост ила наибольший, степень
очистки наименьшая, ил содержит незначительное число видов простейших.
Классические системы (с нагрузкой 150^00 мг БПК,.^ на 1 г беззольного
вещества ила в сутки) обеспечивают очень высокую степень очистки по ВПК, иногда
частичную нитрификацию, имеют хорошо флоккулируемый ил, населенный
большим числом микроорганизмов различных групп. Прирост ила в
классических системах меньше максимального в связи с достаточно глубоко
проходящими процессами эндогенного окисления ила. В аэрогенках низконагружа-
емых (с нагрузкой ниже 150 мг БПК]олп на 1 г беззольного вещества ила в сут-
402

ки) степень очистки по ВПК колеблющаяся, но чаще высокая глубоко развит
процесс нитрификации, прирост ила минимален, микробиологическое его
население весьма разнообразно.
Кислородный режим. В аэробных биологических системах подача воздуха
(а также чистого кислорода или воздуха, обогащенного кислородом) должна
обеспечивать постоянное наличие в смеси растворенного кислорода не ниже
2 мг/дм .
Система аэрации обеспечивает также постоянное поддержание ила во
взвешенном состоянии.
Токсичные вещества. Токсичным действием на биологические процессы
могут обладать органические и неорганические вещества. Токсичное действие
может быть и микробостатическим, если задерживается рост и развитие
микроорганизмов, и убивающим (микробоцидным). Большинство веществ
проявляет то или иное действие в зависимости от концентрации их в очищаемой
смеси.
Следует отметить, что и некоторые элементы, являющиеся необходимыми
органогенами клетки, при высоких концентрациях становятся также
токсичными. В связи с этим одной из основных задач является установление
величин ПДК для индивидуальных химических веществ, а также выявление
возможного действия смеси веществ, одновременно присутствующих в
очищаемой сточной воде.
За величину ПДК принимают максимальную концентрацию токсичного
вещества, находящегося в воде и не оказывающего заметно отрицательного
действия на работу биологических очистных сооружений (ПДК6ос) в то же время
некоторое микробостатическое действие может проявляться уже при
значительных меньших концентрациях, чем ПДК^. Поэтому кроме величины
ПДКбос иногда указывается величина ПДК6 — концентрация вещества, при
превышении которой может быть отмечено какое-либо отрицательное действие
на процессы биоокисления и на процессы жизнедеятельности клетки.
Неорганические и ряд металлоорганических веществ характеризуются в
основном только величинами ПДКС, поскольку эти вещества, как правило, не
влияют- на работу биологических сооружений (например, не способствуют пе-
нообразованию, не изменяют растворимости кислорода и т.п.). Наименьшие
ПДК6 имеют: тетраэтилсвинец — 0,001 мг/дм3; соединения бериллия, титана,
ртути, хрома шестивалентного (все в пересчете на соответствующий элемент)
и оксид углерода—0,01 мг/дм3; соединения бора (в пересчете на бор)—0,05 мг/
дм3; соединения висмута, ванадия, кадмия, никеля (в пересчете на элемент) —
0,1 мг/дм3; сульфат меди (в пересчете на медь) — 0,2 мг/дм ; цианистый калий
— 2 мг/дм3 и т.д. Наименее токсичными являются соли натрия, лития, магния:
их содержание в воде до 10 г/дм3 не оказывает никакого действия. По
отдельным сообщениям биологическая очистка сточных вод возможна при концент-
403

рации хлористого натрия до 10-20 мг/дм . Соли калия имеют величину ПДК6 =
= 1—560 мг/дм3 в зависимости от вида аниона: самым ядовитым является
калий железистосинеродистый, наименее токсичным — калий фосфорнокислый.
Соли кальция менее токсичны, чем соли калия, но и они имеют разную ПДК6
в зависимости оттого, в виде какого соединения они присутствуют в воде.
Что касается органических веществ, то действие их изучено уже более чем
для 800 соединений и число это непрерывно возрастает. Не выявлено пока
какой-либо определенной взаимосвязи между величинами ПДК и
собственной биохимической окисляемостыо вещества, оцениваемой отношением БПК/
ХПК.
Заметим, что указываемые в литературе величины ПДК следует рассматривать
как ориентировочные. Эти величины могут существенно изменяться от
условий работы очистного сооружения, в частности, по концентрации ила. В связи
с этим представляется более целесообразным вместо ПДК6ос. определять
допустимую нагрузку по индивидуальному соединению на единицу беззольной
части биомассы ила, чем будут учтены возможные варианты концентрации
ила в сооружении.
Все вещества биологического происхождения могут быть окислены в
аэробных условиях и, каким бы сложным ни было вещество, в природе всегда
найдется микроорганизм, способный его расщепить полностью или частично.
Фрагменты частично расщепленного вещества обязательно используется
другими микроорганизмами. Это утверждение основывается на том факте, что за
все время существования нашей планеты на ее поверхности нигде не
отмечено сколько нибудь заметного накопления органических веществ. Поэтому
можно говорить о «всемогуществе» сообщества микроорганизмов и их
практической «универсальности».
В этой связи и биологическое окисление примесей бытовых сточных вод (за
исключением некоторых ПАВ), несмотря на их сложность, естественным
образом включено в общий биологический круговорот биосферы. И задачей в
очистке бытовых сточных вод является лишь интенсификация окислительных
процессов, доступных природным механизмам биосферы. Однако,
приспособившись усваивать естественные продукты, микроорганизмы очистных
сооружений не всегда могут справиться с новыми видами производственных
загрязнений, особенно если эти загрязнения по составу слишком отличаются от
естественных.
Неорганические и ряд металлоорганических веществ характеризуются в
основном только величинами ПДКС, поскольку эти вещества, как правило, не
влияют на работу биологических сооружений (например, не способствуют пе-
нообразованию, не изменяют растворимости кислорода и т.п.). Наименьшие
ПДК6 имеют: тетраэтилсвинец — 0,001 мг/дм3; соединения бериллия, титана,
404

ртути, хрома шестивалентного (все в пересчете на соответствующий элемент)
и оксид углерода—0,01 мг/дм соединения бора (в пересчете на бор)—0,05 мг/
дм3; соединения висмута, ванадия, кадмия, никеля (в пересчете на элемент) —
0,1 мг/дм ; сульфат меди (в пересчете на медь) — 0,2 мг/дм3; цианистый калий
— 2 мг/дм и т.д. Наименее токсичными являются соли натрия, лития, магния:
их содержание в воде до 10 г/дм не оказывает никакого действия. По
отдельным сообщениям биологическая очистка сточных вод возможна при
концентрации хлористого натрия до 10-20 мг/дм3. Соли калия имеют величину ПДК6 =
= 1-560 мг/дм в зависимости от вида аниона: самым ядовитым является
калий желсзистосинеродистый, наименее токсичным—калий фосфорнокислый.
Соли кальция менее токсичны, чем соли калия, но и они имеют разную ПДК6
в зависимости оттого, в виде какого соединения они присутствуют в воде.
Что касается органических веществ, то действие их изучено уже более чем
для 800 соединений и число это непрерывно возрастает. Не выявлено пока
какой-либо определенной взаимосвязи между величинами ПДК и
собственной биохимической окисляемостью вещества, оцениваемой отношением БГТК/
ХПК.
Заметим, что указываемые в литературе величины ПДК следует рассматривать
как ориентировочные. Эти величины могут существенно изменяться от
условий работы очистного сооружения, в частности, по концентрации ила. В связи
с этим представляется более целесообразным вместо ПДК6ос. определят!,
допустимую нагрузку по индивидуальному соединению на единицу беззольной
части биомассы ила, чем будут учтены возможные варианты концентрации
ила в сооружении.
Все вещества биологического происхождения могут быть окислены в
аэробных условиях и, каким бы сложным ни было вещество, в природе всегда
найдется микроорганизм, способный его расщепить полностью или частично.
Фрагменты частично расщепленного вещества обязательно используется
другими микроорганизмами. Это утверждение основывается на том факте, что за
все время существования нашей планеты на ее поверхности нигде не
отмечено сколько нибудь заметного накопления органических веществ. Поэтому
можно говорить о «всемогуществе» сообщества микроорганизмов и их
практической «универсальности».
В этой связи и биологическое окисление примесей бытовых сточных вод (за
исключением некоторых ПАВ), несмотря на их сложность, естественным
образом включено в общий биологический круговорот биосферы. И задачей в
очистке бытовых сточных вод является лишь интенсификация окислительных
процессов, доступных природным механизмам биосферы. Однако,
приспособившись усваивать естественные продукты, микроорганизмы очистных
сооружений не всегда могут справиться с новыми видами производственных загряз-
40S

4DA
Г
Рис. 4.61. Схема очистных сооружений с большими полями орошения: 1 — канализационный
коллектор; 2 — канализационный колодец; 3 — решетка; 4 — дробилки; 5 — песколовка; 6 — песцовые
площадки; 7 — отстойник; 8 — метантенк; 9 — иловые площадки; 10 распределительный колодец;
11 — поля орошения; 12 — дренаж; 13 — биологический пруд; 14 — подача воды для технических
целей; 12 — выпуск в водоем
нений, особенно если эти загрязнения по составу слишком отличаются от
естественных.
Неорганические и ряд металлоорганических веществ характеризуются в
основном только величинами ПДК6, поскольку эти вещества, как правило, не
влияют на работу биологических сооружений (например, не способствуют пе-
нообразованию, не изменяют растворимости кислорода и т.п.). Наименьшие
ПДК6 имеют: тетраэтилсвинец — 0,001 мг/дм3; соединения бериллия, титана,
ртути, хрома шестивалентного (все в пересчете на соответствующий элемент)
и оксид углерода—0,01 мг/дм3; соединения бора (в пересчете на бор)—0,05 г/
дм3; соединения висмута, ванадия, кадмия, никеля (в пересчете на элемент)
0,1 мг/дм3; сульфат меди (в пересчете на медь) — 0,2 мг/дм3; цианистый калий
— 2 мг/дм3 и т.д. Наименее токсичными являются соли натрия, лития, магния:
их содержание в воде до 10 г/дм не оказывает никакого действия. По
отдельным сообщениям биологическая очистка сточных вод возможна при
концентрации хлористого натрия до 10-20 мг/дм3. Соли калия имеют величину ПДК6 =
= 1-560 мг/дм в зависимости от вида аниона: самым ядовитым является
калий железистосинеродистый, наименее токсичным — калий фосфорнокислый.
Соли кальция менее токсичны, чем соли калия, но и они имеют разную ПДКб
в зависимости отгого, в виде какого соединения они присутствуют в воде.
Что касается органических веществ, то действие их изучено уже более чем
для 800 соединений и число это непрерывно возрастает. Не выявлено пока
какой-либо определенной взаимосвязи между величинами ПДК и
собственной биохимической окисляемостью вещества, оцениваемой отношением БПК/
ХПК.
Заметим, что указываемые в литературе величины ПДК следует рассматривать
как ориентировочные. Эти величины могут существенно изменяться от усло-
406

вий работы очистного сооружения, в частности, по концентрации ила. В связи
с этим представляется более целесообразным вместо ПДК6 . определять
допустимую нагрузку по индивидуальному соединению на единицу беззольной
части биомассы ила, чем будут учтены возможные варианты концентрации
ила в сооружении.
Все вещества биологического происхождения могут быть окислены в
аэробных условиях и, каким бы сложным ни было вещество, в природе всегда
найдется микроорганизм, способный его расщепить полностью или частично.
Фрагменты частично расщепленного вещества обязательно используется
другими микроорганизмами. Это утверждение основывается на том факте, что за
все время существования нашей планеты на ее поверхности нигде не
отмечено сколько нибудь заметного накопления органических веществ. Поэтому
можно говорить о «всемогуществе» сообщества микроорганизмов и их
практической «универсальности».
В этой связи и биологическое окисление примесей бытовых сточных вод (за
исключением некоторых ПАВ), несмотря на их сложность, естественным
образом включено в общий биологический круговорот биосферы. И задачей в
очистке бытовых сточных вод является лишь интенсификация окислительных
процессов, доступных природным механизмам биосферы. Однако,
приспособившись усваивать естественные продукты, микроорганизмы очистных
сооружений не всегда могут справиться с новыми видами производственных
загрязнений, особенно если эти загрязнения по составу слишком отличаются от
естественных.
Окисление в сооружениях далеко не всегда проходит до конца, т.е. до
образования С02 и HjO. В воде после биологической очистки могут появиться
вещества — промежуточные продукты, которых не было в исходной сточной
воде, иногда даже менее желательные для водоема, чем первоначальные
загрязнения. В связи с этим глубокая расшифровка веществ в очищенной егоч-
ной воде — задача первостепенной важности при решении вопроса об их
дальнейших превращениях в водоеме (почве).
Суммарное количество органических веществ, которое может быть изъято и
разрушено комплексом микроорганизмов, в основном определяется биомассой
этого комплекса. Скорость же изъятия веществ и их окисления зависит от
многочисленных факторов: от структуры веществ и их концентрации, их
сочетания в очищаемых водах и способности взаимодействовать, от степени их
токсичности и т.д.
Биохимическому окислению могут подвергаться и некоторые минеральные
вещества: например, сероводород с помощью серобактерий окисляется до
элементной серы и серной кислоты; аммиак окисляется до азотистой, азотной
кислоты (нитрификация).
407

В настоящее время биологические методы находят все более широкое
применение для очистки сточных вод различных производств благодаря таким
достоинствам, как низкий расход энергии, высокий возвратный энергетический
потенциал (например, выделение газа в процессе анаэробного сбраживания),
отсутствие вторичного загрязнения воды, способность обеспечивать жесткие
нормативы условий сброса и, наконец, относительно невысокие
эксплуатационные расходы.
Окисление загрязнений может происходить в анаэробных и аэробных
условиях. Очистка анаэробным способом, т.е. без доступа кислорода воздуха,
производится в метантенках — резервуарах закрытого типа, содержащих
анаэробный ил. Этот ил включает различные группы микроорганизмов,
осуществляющих процессы брожения.
Анаэробная очистка ведется в диапазоне температур 20-60 °С и применяется
для сбраживания высококонцентрированных сточных вод, а также для
обезвреживания осадков сточных вод, и избыточного ила, образующегося в аэ-
ротенках. К достоинствам анаэробного метода относятся возможность
очистки очень загрязненных сточных вод без предварительного разбавления и
относительно невысокие эксплуатационные расходы, так как отпадает
необходимость в подаче воздуха, а влажность ила и его прирост во много раз
меньше, чем при аэробном процессе; кроме того, в процессе сбраживания
образуется значительное количество метана, который может быть использован для
нужд энергетики.
Однако из-за ряда недостатков (невысокой скорости процесса, неспособности
микроорганизмов сбраживать некоторые органические соединения, высокой
чувствительности анаэробных процессов к температуре и концентрации
веществ, взрывоопасное™ образующихся при брожении газов) метод не нашел
широкого применения.
Аэробная очистка осуществляется организмами, нуждающимися в свободном
кислороде воздуха, и происходит как в естественных условиях (водоемах,
окислительных прудах, на полях орошения), так и на искусственных очистных
сооружениях (в аэротенках различных систем, аэрофильтрах, биофильтрах). Чаще
всего аэробная очистка осуществляется в аэротенках — открытых бассейнах
проточного типа с принудительной аэрацией, содержащих активный ил. В иле
находится огромное количество бактерий и простейших. Иловая смесь
(сточная вода и активный ил) подвергается интенсивной аэрации,
продолжительность которой зависит от концентрации примесей в точной воде и
заданной степени очистки. При этом происходит окисление сложных органических
веществ, содержащихся в сточных водах до простых продуктов. Тот же
принцип применяется при очистке сточных вод на биофильтрах, конструктивно
отличающихся тем, что сточная вода фильтруется через какой-либо пористый
материал (кокс, керамзит, шлак и т.д.).
408

Аэробная очистка сточных вод может также производиться в биологических
прудах, заполняемых жидкостью. В таких прудах формируется своеобразный
комплекс бактериальной флоры и фитопланктона, под действием которого
происходит окисление органического вещества сточных вод. Существует три
типа прудов: сточные воды разбавляются в пруду чистой речной водой;
неочищенная сточная вода проходит последовательно 4-6 ступеней очистки; пруд
для доочистки устраивается после станции биологической очистки.
Наибольшее распространение получили пруды, заполняемые неочищенной сточной
водой.
Биоценоз в прудах более разнообразен, чем в аэротенках, однако
концентрация микроорганизмов там обычно невелика, поэтому необходимый
период пребывания в них сточных вод достигает десятков суток. Наряду с этим
глубина процесса очистки в прудах может превышать показатели,
достигаемые в обычных аэротенках.
В зависимости от условий жизнедеятельности микроорганизмов в процессе
очистки биомасса может уменьшаться или увеличиваться. Прирост ее зависит
от соотношения между количеством органических веществ, поддающихся
биохимическому распаду, выраженным БПК, и общим количеством
органических веществ, содержащихся в очищаемой сточной жидкости,
выраженным ХПК. Чем больше величина этого соотношения, тем выше прирост
биомассы, так как происходит он за счет разницы в количестве органического
вещества, оцениваемого по ХПК и БПК. В производственных сточных водах
соотношение БПК и ХПК колеблется в пределах от 0 до 0,9.
Зависимость между приростом биомассы и БПК необходимо учитывать при
выборе типа биоокислите.тя. Очевидно, что для очистки стоков с большой ХПК
и малой ВПК нельзя применять биофильтры обычной конструкции с мелко- и
даже крупнозернистым загрузочным материалом, так как будет неизбежным
их заиливание биопленкой и нарушение нормальной работы. В этом случае
рекомендуется применять аэротенки.
Прирост биомассы трудно определить расчетом, поэтому его устанавливают
экспериментально при изучении сточных вод и выяснении возможных,
наиболее эффективных методов их очистки или принимают по данным
эксплуатации очистных сооружений для аналогичных сточных вод. При
ориентировочных расчетах можно пользоваться (по данным ВНИИ ВОДГЕО) уравнением
ПР = ^(ХПК-БПКп„), D.81)
где Пр — прирост биомассы активного ила в аэротенках, рассчитанных на
полную очистку; К — коэффициент пропорциональности, характеризующий
количество ила; для промышленных сточных вояК= 0,1-0,9, или уравнением
Пр = (ХПКн - ХПКо- БПК, - БПК,- аIг, D.82)
409

где ХПК, ХГГКо •— химическая потребность кислорода соответственно в
неочищенной и очищенной воде; БПК^ БПКо — биологическая потребность
кислорода соответственно в неочищенной и очищенной воде; а — убыль
биомассы активного ила вследствие автолиза за время пребывания жидкости в
аэротенке; г — ХТЖ 1 мг биомассы активного ила.
О возможности очистки производственных сточных вод судят по многим
показателям качественной и количественной их характеристики. Основными
из них являются:
• способность органических веществ сточных вод биохимически
окисляться; эта способность определяется по соотношению ВПК и ХПК;
• концентрация загрязняющих веществ;
• наличие в сточных водах необходимых для микроорганизмов питательных
веществ (азота, фосфора, калия);
• наличие и концентрация веществ, способных оказывать токсическое
воздействие на микроорганизмы;
• активная реакция сточных вод.
Первым этапом подготовки производственных сточных вод любого вида к
последующей их очистке следует считать, возможно, полное извлечение из
них ценных примесей, например: фенолов щелочей купороса — из стоков
травильных цехов и т.д. В результате не только собирается ценное сырье, но и
снижается общая загрязненность стоков.
Часто предварительная подготовка производственных сточных вод к
биологической очистке сводится к снижению начальной концентрации в них
загрязняющих веществ примерно до 1 г/дм3. В этих случаях ограничиваются
разбавлением концентрированных стоков.
Сильнощелочные или кислые производственные стоки нередко приходится
предварительно нейтрализовать до оптимального значения активной реакции
6,5-8,5.
Отрицательное влияние на ход биологических процессов оказывает
наличие в сточных водах нерастворенных примесей, особенно таких, как нефть,
масла, смолы и др. Возможно полное удаление их необходимо предусматривать
при предварительной обработке производственных стоков, направляемых на
биологическую очистку; остаточное количество взвешенных веществ не
должно превышать 150 мг/дм независимо от химической природы примесей.
Ограничивается также концентрация растворенных солей: общее их
количество, как правило, не должно превышать 10 г/дм3, хотя из практики
известно, что биологическая очистка успешно протекает и при значительно более
высокой концентрации солей.
Одной из особенностей производственных сточных вод является сложность
и непостоянство их состава. Эту особенность необходимо учитывать при
выборе типа окислителей и технологической схемы их работы. Так, например,
410

при очистке стоков с резкими колебаниями их состава необходимо иметь в
виду возможность периодических нарушений нормальной
жизнедеятельности микроорганизмов-минерализаторов и снижение эффекта биологической
очистки. Поэтому следует предусматривать возможность регулирования
нагрузки (по загрязняющим веществам) на очистные сооружения, которая
должна соответствовать изменившемуся составу сточных вод, а также меры по
восстановлению жизнедеятельности микроорганизмов.
Особенно важное значение при биологической очистке имеет
регулирование количества биомассы и сохранение ее активности. В аэротенках это
достигается регенерацией циркулирующего активного ила. Наличие регенераторов
в комплексе сооружений очистной станции исключает вероятность выхода из
строя на длительный период биоокислителей при попадании в сточную воду
каких-либо веществ, оказывающих токсичное действие на микронаселение
окислителей.
Немаловажное значение имеет также другая особенность производственных
стоков — наличие в них загрязняющих веществ, окисляющихся с различной
скоростью и требующих для окисления различные количества кислорода. С
этим связана неравномерность погребления кислорода в процессе очистки.
Скорость его потребления зависит от ряда факторов, в том числе от характера
загрязнений сточных вод, и пропорциональна биомассе микроорганизмов,
осуществляющих окисление. Следует иметь в виду, что даже при одинаковой
биомассе она может быть весьма различной.
В меньших пределах колеблется биомасса микробиального комплекса
(активного ила в аэротенках или биопленки в биофильтрах). Оптимальная
концентрация активного ила для производственных сточных вод большинства видов,
как показывает практика их очистки, 2,5-3 г/дм . Определение ее
теоретическим путем крайне затруднено вследствие большого числа определяющих
факторов.
Снабжать биоокислители кислородом воздуха следует непрерывно. Общее
его количество, подаваемое в сооружение, должно быть таким, чтобы в
выходящей из вторичного отстойника очищенной воде было не менее 2 мг/дм3
кислорода.
Скорость и полнота процесса биологической очистки зависят от
температуры среды, в которой он происходит, поэтому температура сточных вод,
поступающих в биоокислители (биофильтры и аэротенки), должна быть не ниже
6 °С и не выше 40 °С.
Степень очистки воды в биоокислителях любого типа зависит от начальной
концентрации поступающих на них сточных вод, поэтому предварительной
их очистке следует уделять большое внимание.
Необходимая продолжительность аэрации в обоих случаях 10-20 мин при
интенсивности 5-10 м3/ч на 1 м2 площади аэратора (в плане). Расход (воздуха
411

на 1 м аэрируемой жидкости составляет 0,3-0,5 м . Эффект снижения
начальной концентрации нерастворенных примесей таким путем удастся
увеличивать 10-25%, примерно на столько же снижается количество органических
веществ.
Высококонцентрированные по органическим веществам сточные воды, до
подачи их на биоокислители можно подвергать сбраживанию в метантенках.
Целесообразность такой предварительной обработки производственных
стоков и ее эффективность определяются в каждом случае экспериментально, так
как общих для всех видов стоков количественных показателей пока не
установлено.
Если по характеру загрязнений производственных сточных вод к ним
примени мы те же методы очистки, что и к бытовым водам, то по
технико-экономическим показателям возможна совместная их обработка.
Для биологической очистки производственных сточных вод могут быть
применены все известные методы очистки в естественных и искусственных
условиях, используемые для обработки бытовых и городских сточных вод, в том
числе и почвенные. Однако применение почвенных методов связано с рядом
ограничений, обусловленных количеством и характером сточных вод,
санитарно-гигиеническими требованиями и способами утилизации.
По масштабам применимости метод почвенной очистки значительно
уступает методам искусственной биологической очистки и, кроме того, очистка на
полях орошения и фильтрации использовалась ранее только для бытовых и
городских (смешанных) сточных вод, а не для чисто производственных.
Последнее обстоятельство обусловлено большим абсолютным количеством последних
на современных предприятиях, малой пропускной способностью единицы
площади полей, непостоянством состава сточных вод и возможным
присутствием в них токсичных примесей. Затруднения возникают при выборе
площадки для устройства полей из-за высоких требований в отношении защиты
окружающей природной среды, предусматривающих, в частности, полное
исключение возможности попадания сточных вод с полей в водоносные слои,
используемые в качестве источников водоснабжения.
Пригодной для орошения всех культур считается сточная вода с уровнем
засоленности до 300 мг/дм . При содержании солей 400-600 мг/дм сточная
вода может быть использована только на почвах с хорошей структурой, а при
концентрации свыше 600 мг/дм3 применение этой воды для орошения уже
крайне ограничено. Степень минерализации городских сточных вод колеблется от
400 до 800 мг/дм , а во многих производственных сточных водах достигает
1000-3000 мг/дм , что существенно ограничивает возможность почвенного
орошения.
В почвенно-климатических условиях учитываются: тип грунта, рельеф
местности, уровень залегания подземных вод, среднегодовое количество осад-
412

ков, продолжительность вегетационного периода и т.п. Уклон рельефа
местности не должен превышать 0,02-0,03, уровень подземных вод не должен на-
кодиться на глубине, меньшей 1,25 м от поверхности земли, количество
осадков не должно превышать 500 мм в год. Исключается возможность
применения полей орошения при средней годовой температуре ниже 6 °С и на
тяжелых грунтах глинах, тяжелых суглинках, супесях, плотных известняках и т. п.
Установлено, что наибольшая гигиеническая и экономическая эффективность
использования сточных вод для нужд сельского хозяйства достигается при
устройстве полей орошения в южных и юго-восточных районах нашей страны.
Сооружения почвенной очистки сточных вод по мощности разделяют на
малые, средние и крупные с расчетной пропускной способностью 0,5-25 и 25
700, 1400-10000 и 17000-80000, 100000-280000 м3/сут.
Малые сооружения имеют много разновидностей: площадки подземного
орошения (ППО), площадки подземной фильтрации (ППФ), фильтрующие
колодцы (ФК), фильтрующие траншеи с естественным или искусственным
слоем грунта (ФТ) и песчано-гравийные фильтры (ПГФ). Малыми сооружениями
могут считаться и небольшие поля подземного орошения или подземной
фильтрации. Самыми крупными сооружениями являются коммунальные поля
орошения (КПО), земледельческие поля орошения (ЗПО) и поля наземной
фильтрации (ПНФ).
Из всех способов орошения подпочвенное (рис. 4.58) наиболее
удовлетворяет эпидемиологическим, санитарно-техническим, агроэкономическим,
эстетическим и водохозяйственным требованиям.
По пропускной способности для очистки производственных сточных вод,
по-видимому, наиболее подходят средние сооружения 1,4-10 тыс. м /сут и го-
Рис. 4.S8. Схема очистных сооружений с полями орошения: 1 — канализационный коллектор; 2 —
резервуар-накопитель; 3 — насосная станция; 4 — напорный трубопровод; S — подпочвенный
распределительный трубопровод; 6 — подпочвенный увлажнитель; 7—гидрант-водоспуск; S —
контрольно-вентиляционный стояк
413

родские на 17-80 тыс. м3/сут. Поэтому наибольший интерес представляютПНФ,
атаюкеКПОиЗПО.
Схема очистных сооружений с малыми ПНФ показана на рис. 4.59. В
систему сооружений предварительной механической очистки входят решетка,
песколовка и двухъярусный отстойник. Предусматриваются вывоз и
обезвреживание песка, а также обезвреживание осадка из отстойников от патогенной
микрофлоры и яиц гельминтов. Как самый доступный метод обезвреживания
применяют иловые площадки с длительным хранением на них осадка (не
менее 2 лет). Схемы сооружений с малыми ПНФ разработаны в нескольких
вариантах. Один из них предусматривает круглогодичный прием сточных вод с
сезонным регулированием и
Полив осуществляется только в вегетационный период, в остальное время
года сточные воды должны поступать в пруды — накопители вместимостью,
равной 6-месячному накоплению в них воды. В качестве системы орошения в
последние годы предложено попользовать передвижное ирригационное
оборудование.
-ЧЕМ
Рис. 4.59. Схема очистных сооружений с малыми полями наземной фильтрации
производительностью 100 м /сут: 1 — канализациошшй коллектор; 2 — канализационный колодец; 3 — решетка; 4 —
установки утилизации или обезвреживания отбросов; 5 — песколовка; 6 — песковая площадка; 7—
двухъярусный отстойник; 8 — иловые площадки; 9 — распределительное устройство; 10 — карты
полей фильтрации
■Ч2М
Рис. 4.60. Схема очистных сооружений с малыми полями орошения: I — канализационный
коллектор; 2 — канализационный колодец: 3 — решетка; А — установки утилизации или обезвреживания
отбросов; 5 — двухъярусный отстойники; С ~ иловые площадки; 7 — распределительной
устройство; 8 — поля орошения; Р — пруды-накопители
414

Рис. 4.61. Схема биологического фильтра:
J—подвод сточной поды; 2 — водораспределителыюе
устройство; 3—фильтрующая загрузка; 4-—
дренажное устройство; 5 — очищенная сточная вода; б-—
вентиляционное устройство
Схема очистной станции с большими полями орошения показана на рис. 4.61.
Сточная жидкость подается на эти поля после механической очистки. Осадки
обрабатываются в метантенках. Вода с полей отводится через дренажную
систему. Поскольку сточные воды для полива можно использовать только в
определенный период, более перспективной в настоящее время считается
система с частичным использованием биологически очищенной воды для орошения.
Биологические пруды — искусственно созданные водоемы, в которых для
очистки сточных вод используются естественные процессы.
Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией; эти две
разновидности прудов называются соответственно аэробно-анаэробными, а
также факультативными и аэробными лагунами. Режим в лагуне
аэробно-анаэробный, если аэрация обеспечивает наличие растворенного кислорода только
в поверхностных слоях воды. Искусственную аэрацию можно осуществлять с
помощью механических аэраторов или путем продувки воздуха через толщу
воды. Наиболее эффективно окислительные процессы в прудах проходят в
летнее время, кроме того, в это время выходящая из пруда вода не содержи!
патогенной микрофлоры. Полагают, что бактерицидным действием па
патогенную микрофлору обладают метаболиты (продукты жизнедеятельности) ряда
одноклеточных водорослей и высшей водной растительности. В связи с этим
хлорировать очищенную в прудах воду требуется преимущественно в зимнее
время года для лучшего прогрева воды, ее освещения и аэрации пруды с
естественной аэрацией устраивают неглубокими A м). При наличии
механических аэраторов глубину пруда увеличивают до 3 м, чтобы предохранить его дно
от размыва. Пруды с искусственной аэрацией устраивают из нескольких
параллельных каскадов (до трех-пяти, но не менее двух); после прудов
рекомендуется выделять отстойные секции и предусматривать их очистку.
41S

Применение искусственной аэрации в прудах значительно ускоряет процессы
очистки воды, но вследствие малой скорости окисления необходимая
продолжительность пребывания воды в прудах все же очень высока.
В окислительных процессах существенную роль играет водная
растительность, которая способствует снижению числа биогенных элементов и
регулирует кислородный режим водоема.
Если требуется глубокая очистка стоков, воду из прудов дополнительно
очищают фильтрованием на песчаных фильтрах.
Допустимая нагрузка на поля фильтрации зависит от многих факторов
(климатических условий региона, структуры почвы и фильтрационной ее
способности, от уровня грунтовых вод, а также от характера загрязнений сточных
вод и их концентрации) и поэтому колеблется в весьма широких пределах —
50-200 м3 на 1 га в сутки. Нагрузка по количеству загрязняющих веществ,
оцениваемому по БПКпоя11, принимается равной 20-80 кг/га. Точно она
устанавливается по результатам натурных обследований.
Степень очистки сточной жидкости в пруду зависит от количества
очищаемой воды, ее начальной загрязненности по БПК и от свойств загрязняющих
веществ, характеризуемых константой скорости потребления кислорода или,
как ее называют, коэффициентом неконсервативности.
Движущийся поток занимает только часть общего объема пруда, не
захватывая так называемые «мертвые» зоны. Доля объема пруда, приходящаяся
на активную часть, зависит от конфигурации пруда в плане. В прудах,
имеющих изрезанные берега и переменную ширину, доля активного объема
может составить 0,4—0,6 общего объема пруда. Если под пруд использованы
балки или овраги, имеющие большую протяженность при относительно
постоянной и небольшой ширине, то можно принимать долю активного объема
равной 0,8-0,9.
Такое же значение может быть принято и для искусственных прудов
правильной прямоугольной формы. При равномерном распределении и сборе воды
по ширине секций пруда с помощью дырчатых трубопроводов сумма
площадей сечения всех отверстий дырчатого трубопровода должна составлять ~0,3
площади его сечения.
Существенным недостатком прудов с естественной аэрацией является
потребность в больших площадях. Значительное сокращение площади
биологического пруда достигается применением искусственной аэрации. В таких прудах
аэрационными устройствами (поверхностными механическими аэраторами,
дырчатыми пневматическими аэраторами) создается постоянное движение
воды, в 5-7 раз увеличивающее коэффициент неконсервативности.
Кроме того, значительному снижению объема пруда способствует его
многоступенчатость. Поэтому стремятся к тому, чтобы биологический пруд с
искусственной аэрацией состоял из нескольких окислительных ступеней, жела-
416

тельно не меньше трех-четырех. При этом на каждой ступени организуют
аэрирование воды с помощью барботеров различных конструкций.
Аэраторы, особенно с ротором большого диаметра B-2,5 м), создают мощные
циркуляционные потоки, способные размывать дно пруда. Поэтому глубину пруда
с механическими аэраторами следует принимать не менее Ъ-А м. Если дно пруда
имеет малую прочность, устанавливают аэраторы меньшей мощности или
соответствующим образом укрепляют дно пруда под аэратором.
Для прудов с искусственной аэрацией впускные и выпускные устройства
могут быть любой, самой упрощенной конструкции, поскольку полное
использование объема прудов обеспечивается аэрационными устройствами.
Если позволяют местные условия, то воду, выходящую из прудов (с
естественной или искусственной аэрацией), следует фильтровать через заросли
высшей водной растительности (камыши, тростник, рогоз), что повышает
глубину очистки воды. Высшая водная растительность в период вегетации
практически полностью извлекает из воды соединения азота, чем защищает водоем
(приемник сточных вод) от эвтрофикации, а технологическую аппаратуру (при
повторном использовании очищенных вод) — от обрастания.
Водную растительность можно размещать в последних ступенях пруда — у
выхода воды и за пределами пруда—в староречье, на мелководье, на
заболоченных территориях.
При расчетах принимают, что нагрузка по воде может составлять 20000 м /
сутна 1 га при размещении 100-200 стеблей на 1 м.
Численность водной растительности необходимо регулировать, поскольку
она способна разрастаться. В благоприятных условиях численность
растительности регулируют растительноядными рыбами (белый амур, пестрый
амур, толстолобик и др.). Предполагается, что уровень растительности
останется неизменным, если принять 5 экз. взрослых особей рыбы на 1 га зарослей
растительности.
Если же условий для жизни растительноядных рыб в пруду нет, то следует
периодически выкашивать излишнюю растительность.
Во всех случаях необходимо предусматривать хлорирование воды, которое
можно использовать в любой момент времени. Хлор желательно вводить в
воду по выходе ее из биологического пруда.
Биофильтры. Биологический фильтр (биофильтр) — сооружение, в котором
сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый
биологической плёнкой (биопленкой), образованной колониями микроорганизмов
(рис. 4.62.)
Биофильтр состоит из следующих частей:
• фильтрующей загрузки, помещенной в резервуар в плане круглой или
прямоугольной формы;
417

• водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное
орошение сточной водой поверхности загрузки биофильтра;
• дренажного устройства для удаления очищенной сточной воды;
• вентиляционного устройства, с помощью которого поступает необходимый
для окислительного процесса воздух.
Толщина образующейся биоплёнки зависит от гидравлической нагрузки,
концентрации органических веществ, от пористости и удельной поверхности
загрузочного материала, влияния внешней среды и многих других факторов.
До настоящего времени до конца не изучены процессы, протекающие в
различных слоях биопленки, взаимовлияние анаэробного и аэробного слоев на
эффективность функционирования сооружения, вместе с тем известно, что
толщина анаэробного слоя значительно больше аэробного. В нормально
работающем биофильтре общая толщина слоя биоплёнки может составлять от
микрон в верхних его слоях до 3-6 мм в нижних.
Процессы сорбции и деструкции загрязнений сточных вод в биологических
фильтрах во многом сходны с процессами очистки сточных вод в других
сооружениях биологической очистки, и, в первую очередь, в сооружениях
почвенной очистки на полях орошения и полях фильтрации.
В качестве фильтрующего материала для загрузки биофильтров
применяется шлак, щебень, керамзит, пластмасса, гравий и т.п. Обшде требования к
загрузочным материалам — водоустойчивость, устойчивость к
специфическим загрязнениям стоков и достаточная прочность. При выборе загрузки
предпочтение следует отдавать материалам с развитой поверхностью (шлак,
керамзит, кольца и решетки из пластмассы).
По способу поступления воздуха в толщу загрузки биофильтры делят на
сооружения с естественной и принудительной подачей воздуха.
Биофильтры с естественной подачей воздуха применяют для очистки
небольшого количества сточных вод (до 1000 м3/сут). Для очистки сильно
концентрированных производственных вод и вод, содержащих вещества,
обусловливающие большой прирост биопленки, применять биофильтры с естественной
подачей воздуха не рекомендуется, так как при допустимой по действующим
нормам гидравлической нагрузке на 1 м2 площади поверхности они быстро
заиливаются.
Очищаемая сточная вода подается на биофильтры непрерывно или
периодически с продолжительностью цикла (наполнение и опорожнение
дозирующего бачка) 5-10 мин. Увеличение промежутка времени между двумя
орошениями неблагоприятно отражается на процессе биологической очистки, так как
биопленка не получает вовремя необходимое питание.
Распределение воды по поверхности биофильтра должно быть максимально
равномерным, что достигается применением подвижных оросителей. Менее
418

равномерное орошение получается при использовании неподвижных
оросителей (спринклеры, качающиеся желоба).
Нормальный ход процесса биологической очистки сточных вод
устанавливается после того, как на загрузочном материале биофильтра образуется
биологическая пленка, микроорганизмы которой адаптировались к органическим
веществам очищаемых сточных вод. Период адаптации к различным видам
органических загрязнений сточных вод, поступающих на биофильтр, может
длиться 2—4 недели в зависимости от вида загрязнения и температуры
сточных вод; для некоторых производственных сточных вод он длится несколько
месяцев.
Биологическая пленка в биофильтрах растет с разной скоростью — на
поверхности быстрее, чем в глубине, что также зависит от состава очищаемой
воды и концентрации органических загрязнений.
По мере увеличения толщины пленки происходит отмирание нижних ее слоев
и смыв их с поверхности загрузки биофильтра. При правильно принятой
нагрузке на биофильтр процессы отмирания и нарастания биологической
пленки идут параллельно, поэтому заиливание и заболачивание биофильтров не
происходит.
Технологический расчет биофильтров производится по окислительной
мощности ОМ, под которой понимается количество кислорода, которое может быть
получено в сутки с 1 м3 загрузочного материала биофильтра; выражается она в
граммах ВПК.
Производительность биофильтров по кислороду ОМ и по допустимой
гидравлической нагрузке в значительной мере зависит от суммарной площади
поверхности зерен загруженного материала, от обеспеченности ее аэрацией и
от непрерывности удаления отмирающей биопленки. Наиболее высока
производительность биофильтров с принудительной подачей воздуха:
аэрофильтров или, как их часто называют, высоконагружаемых биофильтров и
башенных биофильтров. Диаметр зерен загрузочных материалов в этих сооружениях
принимается не менее 50-60 мм.
Окислительная мощность высоконагружаемых биофильтров значительно (в
2-3 раза) выше, чем обычных, работающих в одинаковых с ними условиях,
при одинаковой степени очистки сточных вод (ВПК очищенной воды 10-15 мг/
дм3). Примерно такие же показатели работы имеют башенные биофильтры
без принудительной их вентиляции.
Для загрузки биофильтров в последнее время находят применение
синтетические материалы — пластмассы, изготовленные в виде пластин, решеток,
колец и т.п.
При очистке высококонцентрированных сточных вод требуется их
разбавление перед подачей на биофильтры. В качестве разбавляющей может исполь-
419

зоваться любая практически чистая вода; наиболее целесообразно
использовать для этого очищенную воду, т. е. предусматривать рециркуляцию.
При повышенных требованиях к качеству очищенных стоков применяют
двухступенчатую схему работы биофильтров, причем первую ступень
рассчитывают на неполную очистку (до БПК = 50 мг/дм3).
Аэротенки. Для биологической очистки значительных количеств воды
наиболее часто применяют аэротенки различных видов, которые отличаются друг
от друга иногда весьма существенными элементами. Общим для всех аэро-
тенков является принцип их работы, а также то, что они дают возможность
эффективно влиять на скорость и полноту протекающего в них
биохимического процесса. Аэротенки можно классифицировать по следующим
основным признакам:
• по структуре потока — аэротенки-вытеснители, аэротенки-смесители и
аэротенки с рассредоточенным впуском сточной жидкости, так называемые
аэротенки промежуточного типа.
• по способу регенерации активного ила — аэротенки с отдельно стоящими
регенераторами ила, аэротенки, совмещенные с регенераторами.
• по нагрузке на активный ил — высоконагружаемые, обычные и низконаг-
ружаемые.
• по числу ступеней — одно-, двух- и многоступенчатые.
• по конструктивным признакам — прямоугольные, круглые,
комбинированные, противоточные, шахтные, фильтротенки, флототенки и др.
• по типу систем аэрации — с пневматической, механической,
комбинированной гидродинамической или пневмомеханической.
Современный аэротенк представляет собой гибкое в технологическом
отношении сооружение. Аэротенки могут быть успешно применены для полной
или частичной очистки многих видов производственных сточных вод в
широком диапазоне концентраций загрязнений и расходов сточных вод.
Аэротенк ячеистого типа представляет собой прямоугольное в плане
сооружение, разделенное на ряд отсеков поперечными перегородками. Смесь, из
первого отсека переливается во второй (снизу), из второго — в третий (сверху)
и т.д. В каждой ячейке устанавливается режим полного смешения, а сумма
ряда последовательно расположенных смесителей составляет практически
идеальный вытеснитель.
Сточная вода и ил в аэротенках-смесителях подводятся и отводятся
равномерно вдоль длинных сторон сооружения. Принимается, что поступающая
смесь очень быстро (в расчетах мгновенно) смешивается с содержимым всего
сооружения.
В аэротенках промежуточного типа можно рассредоточено подать либо воду,
либо ил с отводом смеси сосредоточенно в конце аэротенка. На практике
применяется первый тип — с рассредоточенной подачей воды.
420

Рис. 4.63. Технологические схемы работы аэротенков: а — аэротенки с дифференцированной
подачей воздуха; б — аэротенк-смеситель с рассредоточенной подачей сточной воды и активного ила:
в — аэрстенк-смеситель с дифференцированной подачей сточной воды; г—аэротенки с
регенераторами активного ила; / — водоподаюни-гй канал; 2 — первичный отстойник; 3 — аэротенки; 4 —
вторичные отстойники; 5 — трубопровод избыточного ила; 6— трубопровод очищенной воды; 7 —
регенераторы
В аэротенках с разными структурами потока существенно различны и
условия развития популяции микроорганизмов.
Если БПК очищаемых сточных вод не превышает 500 мг/дм применяют
сооружения с сосредоточенной подачей смеси сточной жидкости и активного
ила в начале сооружения, так называемые аэротенки — вытеснители. Воздух
в них распределяется равномерно по всей длине сооружения или подается в
большем количестве в его начале (рис. 4.63, а).
При очистке более концентрированных стоков, особенно стоков с резко
колеблющимся составом, применяют аэротенки — смесители. Этот тип
сооружений обеспечивает практически полное выравнивание скорости потребления
кислорода во всех точках по живому сечению и длине аэротенка, что
способствует более полному использованию подаваемого воздуха и повышает
общий эффект очистки. Такие условия создаются при децентрализованном впуске
сточной жидкости и активного ила или при децентрализованном впуске
сточной жидкости и централизованной подаче ила.
В первом случае впускные устройства располагаются на расстоянии 3-4 м
друг от друга; через такие же интервалы подается активный ил. Выпуск
очищенной воды производится с противоположной впуску стороны. Воздух
распределяется равномерно по длине аэротенка.
Во втором случае очищаемая вода подается рассредоточение в первою (от
начала) половину по длине аэротенка. Впуск производится в четырех зонах,
причем в первую (от начала) поступает 10 % общего количества сточных вод;
во вторую и третью — по 35 %, в четвертую зону — 20 % (рис. 4.63, в).
Активный ил подается централизованно в начале аэротенка, а воздух — равномерно
по его длине.
421

Аэротенки с регенераторами активного ила показаны на рис. 4.63, г.
Диспергирование воздуха в очищаемой сточной жидкости производится в
основном с помощью механических или пневматических аэраторов;
совместно их используют реже. Механическую аэрацию сточных вод применяют на
очистных станциях небольшой производительности (до 10000 м3 сточных
вод в сутки). Опыт показал, что насыщенность воды воздухом при
механической аэрации значительно (в 2-3 раза) выше, чем при пневматической
через фильтросные пластины.
Механическая аэрация в последнее время получила большое
распространение. Разнообразие конструктивных видов применяемых механических
аэраторов и зависимость показателей их работы от местных условий позволяют
отметить лишь общее преимущество аэраторов поверхностного типа.
Из пневматических аэраторов некоторые эксплуатационные преимущества
(более полная регенерация) имеют тканевые аэраторы.
Окислительная мощность аэротенков, как уже отмечалось, в значительной
мере определяется концентрацией в них активного ила. При очистке
производственных сточных вод доза ила обычно составляет 2-3 г/дм3, считая по сухому
веществу. Некоторые виды стоков, как правило, слабоконцентрированных,
можно очищать и при значительно меньших дозах без снижения ОМ и общего
эффекта очистки.
При концентрациях активного ила 4 г/дм3 и более возникают затруднения с
разделением иловой смеси в обычных отстойниках, вместо которых
приходится применять отстойники со взвешенным слоем, фильтры, центрифуги др.
Это в какой-то мере ограничивает применение высоких доз активного ила,
хотя ОМ аэротенков при таких дозах значительно возрастает.
Предельная начальная концентрация органических загрязнений,
содержащихся в смеси сточных вод, не должна превышать 1000 мг/дм3.
Скорость окисления органических веществ в аэротенке-смесителе,
необходимая продолжительность аэрации и удельный расход воздуха на очистку 1 м3
сточных вод зависят от многих факторов: от природы органических
загрязнений, находящихся в сточных водах; от концентрации активного ила,
адаптированного к данным органическим загрязнениям; от количества кислорода в
аэротенке-смесителе; от температуры сточных вод и от рН.
Активный ил в аэротенках сорбирует различные по скорости окисления
загрязняющие вещества. Наиболее трудно окисляемая часть их постепенно
накапливается в иле, что приводит к снижению его активности и к ухудшению
работы аэротенков.
Регенерация ила достигается при уменьшенных нагрузках загрязнений на
единицу его объема и длительной аэрации в специально приспособленных для
этой цели регенераторах. Под регенераторы выделяется часть (обычно 25-50 %,
422

Рмс. 4.64. Протшюточный аэротенк; / — зоны аэрации; 2 — пористые аэраторы; 3 — зоны
циркуляции; 4 — эрлифты; 5 — струенаправляющие лопатки; 6 — зона отстаивания; 7 — водоотводящий
лоток; 8 — подвод смеси очищаемой воды и активного ила
реже 75 %) полезного объема самого аэротенка. По восстановлении активности
ил направляется в аэротенки (см. рис. 4.63, г).
С увеличением продолжительности контакта воздуха с очищаемой сточной
жидкостью в биологических окислителях значительно повышается
коэффициент использования кислорода; повышается также окислительная
мощность окислителя. Особенно удачно эта зависимость использована в
конструкциях противоточных аэротенков. Схема такого аэротенка приведена на рис. 4.64.
Прямоугольный в плане аэротенк разделен продольными перегородками на
три основные зоны: аэрации, циркуляции и отстаивания. Очищаемая сточная
вода подается в аэротенк рассредоточено, причем впускные устройства
располагаются через А~6 м по всей длине сооружения. Циркуляционный поток
иловой смеси создается с помощью эрлифта, расположенного в верхней части зоны
циркуляции. Равномерное распределение смеси обеспечивается струенаправ-
ляющими лопатками.
Доза активного ила и концентрация растворенного кислорода в противо-
точном аэротснке примерно вдвое выше, чем в аэротенках-вытеснителях: доза
активного ила 5-6 г/дм3, кислорода 6-8 г/дм3.
Метантенки — сооружения, предназначенные для стабилизации осадков,
отделяемых в процессах очистки сточных вод. Одновременно в зависимости
от принятой технологии в той или иной степени обеспечивается
обеззараживание осадков. Биохимический процесс стабилизации осуществляется в
анаэробных условиях и представляет собой разложение органического вещества
осадков в результате жизнедеятельности сложного комплекса
микроорганизмов до конечных продуктов, в основном метана и диоксида углерода.
Биохимия и микробиология анаэробного метанового сбраживания сложнее
чем аэробных процессов. До настоящего времени нет полной ясности
относительно роли и степени участия в нем разных групп микроорганизмов,
однако, очевидно, что в отличие от активного ила, биоценоз метантенка
представлен только бактериями.
423

Согласно современным представлениям анаэробное метановое сбраживание
включает четыре взаимосвязанные стадии, осуществляемые разными группами
бактерий.
• стадия ферментативного гидролиза осуществляется быстрорастущими
факультативными анаэробами, выделяющими экзоферменты, при участии которых
осуществляется гидролиз нерастворенных сложных органических соединений
с образованием более простых растворенных веществ. Оптимальное значение
рН для развития этой группы бактерий находится в интервале 6,5-7,5.
• стадия кислотообразования (кислотогенная) сопровождается выделением
летучих жирных кислот, аминокислот, спиртов, а также водорода и
углекислого газа. Стадия осуществляется быстрорастущими, весьма устойчивыми к
неблагоприятным условиям среды гетерогенными бактериями.
• ацетатогенная стадия превращения ЛЖК, аминокислот и спиртов в
уксусную кислоту осуществляется двумя группами ацетатогенных бактерий.
Первая группа, образующая ацетаты с выделением водорода из продуктов
предшествующих стадий, называется ацетатогешми, образующими водород:
СН3СН2СООН + 2Н20 -> СН3СООН + С02 + ЗН2, D-83)
Вторая, также образующая ацетаты и использующая водород для
восстановления диоксида углерода, называется ацетатогенами, использующими
водород:
4R, + 2С02 -> СН3СООН + 2КД D-84)
• метаногенная стадия, осуществляемая медленнорастущими бактериями,
являющимися строгими анаэробами, весьма чувствительными к изменениям
условий среды, особенно к снижению рН менее 7,0-7,5 и температуры.
Разные группы метаногенов образуют метан двумя путями:
расщеплением ацетата:
СН,СООН -> СН4 + С02, D-85)
восстановлением диоксида углерода:
С02 + Н2 -> СН4 + Н20, D-86>
По первому пути образуется 72 % метана, по второму — 28 %.
Таким образом, анаэробное разложение органических веществ
осуществляется сообществом микроорганизмов, составляющих трофическую цепь
первичных и вторичных анаэробов. В отличие от трофических цепей
микроорганизмов в аэробных условиях, где взаимоотношения между группами
организмов характеризуются отношением «жертва - хищник», для трофических
систем при метановом сбраживании характерно использование продуктов мета-
424

болизма одних групп бактерий другими. Первичные факультативные
анаэробы осуществляют стадии гидролиза и кислотообразования, вторичные •—
стадии ацетатогенеза и метаногенеза на субстратах, образующихся первичными
анаэробами.
К вторичным анаэробам относятся и сульфатредуцирующие бактерии,
работающие параллельно метаногенам и использующие продукты первых стадий
процесса. При низком содержании сульфатов работают в основном метано-
гены с образованием СН4 и С02 и незначительного количества HjS. При
повышении концентрации сульфатов до 0,5 ммоль/дм3 сульфатвосстанавливающие
бактерии конкурируют с ыетаногенами за энергетические субстраты (Н2 и
ацетат) и образуют значительное количество сульфидов, ингибирующих рост ме-
таногенов.
Все стадии анаэробного сбраживания имеют важное значение, однако
очевидно, что последующие стадии не могут начаться, пока для них не будут
подготовлены условия предыдущим ходом процесса. Поскольку ацетогены и
особенно метаногены имеют более низкие скорости роста по сравнению с
гидролитическими бактериями и более чувствительны к условиям процесса, то
стадия образования метана оказывается существенно зависимой от этих условий.
Помимо трофических связей между группами бактерий в процессе
метанового брожения должны осуществляться и физические взаимодействия, в том
числе необходим непосредственный контакт гидролитических бактерий с
твердым гидролизуемым субстратом и пространственный симбиоз ацетатогенов и
метаногенов с субстратом. Разрыв этих связей, вызванный, например, сильными
динамическими нагрузками при интенсивном перемешивании, оказывает
отрицательное воздействие на эффективность процесса.
Поэтому для создания сбалансированной и эффективно работающей системы
метанового сбраживания осадка всегда необходимо рассматривать не отдельные
группы бактерий, а все сообщество в целом в конкретных условиях его
существования.
Эффективность процесса анаэробного сбраживания оценивается по степени
распада органического вещества, количеству и составу образующегося
биогаза, которые, в свою очередь, определяются химическим составом осадка, а
также такими основными технологическими параметрами процесса, как доза
загрузки метантенка, температура, концентрация загружаемого осадка. Кроме
того, существенную роль играют такие факторы, как режим загрузки и выгрузки
осадка, система его перемешивания и др.
В органическом веществе основную часть (до 80 %) составляют жиры,
белки и углеводы. Именно за счет их распада образуется все количество
выделяющегося биогаза, в том числе 60-65 % за счет распада жиров, остальные 40-
35 % приходятся примерно поровну на долю углеводов и белков. Отсюда
следует, что при сбраживании осадков первичных отстойников, содержащих боль-
425

ше жиров, образуется больше газа, чем при сбраживании активного ила, в
котором больше белков. Даже при очень длительной продолжительности
пребывания осадка в метантенке указанные компоненты органического вещества
распадаются не полностью. Имеется максимальный предел сбраживания и,
следовательно, максимальный выход газа с единицы распавшегося вещества,
которые существенно различны у жиров, белков и углеводов. Различен и
состав выделяющегося газа.
Пределы распада не зависят от температуры, но скорости распада каждого
компонента с повышением температуры возрастают.
Зная содержание в осадках жиров, белков и углеводов, можно рассчитать
практический предел сбраживания каждого осадка, который может быть
достигнут при бесконечном пребывании его в метантенке.
Наибольшее практическое применение в обогреваемых метантенках нашли
два температурных режима: мезофильный C2-35 °С) и термофильный E2-
55 °С).
В необогреваемых сооружениях (септиках, двухъярусных отстойниках, ос-
ветлителях-перегнивателях) анаэробное брожение происходит в психрофиль-
ной зоне при температурах, определяемых климатическим условиями.
В связи с этим термофильный режим сбраживания, в основном
применяемый в нашей стране, имеет преимущества перед мезофильным, т.к. позволяет
уменьшить объемы метантенков, кроме того, обеспечивает глубокое
обеззараживание осадков не только от поточной микрофлоры, но и от гельминтов.
Однако недостатком термофильного сбраживания является низкая всдоотдающая
способность сброженного осадка, что требует его промывки при
последующем механическом обезвоживании. В свою очередь, мезофильный режим
сбраживания не обеспечивает обеззараживания осадка, требует больших
объемов метантенков, но позволяет получить сброженный осадок, лучше
поддающийся последующему обезвоживанию.
Перемешивание содержимого метантенка необходимо проводить с целью
обеспечения эффективного использования всего объема метантенка,
исключения образования мертвых зон, предотвращения расслоения осадка, отложения
песка и образования корки, выравнивания температурного поля.
Эксплуатация метантенков требует организации четкого и постоянного
контроля за основными показателями процесса брожения. К этим
показателям относятся:
• выход и состав биогаза, в котором обычно содержится 60-65 % метана, 32-
35 % диоксида углерода, атакже некоторые количества водорода, сероводорода,
азота и др.;
• степень распада органического вещества;
• содержание летучих жирных кислот, аммонийного азота и щелочность
иловой жидкости;
426

Рис. 4.65. Метантенк: / — подача осадка; 2 —
паровой инжектор; 3 — выпуск сброженного
осадка; 4 — теплоизоляция; 5 — система сбора
и отвода газа; б — циркуляционная труба; ? —
уровень осадка
• влажность и зольность загружаемого и сброженного осадка;
•рН.
Метантенки представляют собой герметичные вертикальные резервуары с
коническим или плоским днищем, выполненные из железобетона или стали.
В настоящее время разработаны типовые проекты метантенков полезным
объемом 500-4000 м и диаметром 10-20 м. Для крупных очистных станций
разработаны индивидуальные проекты метантенков с полезным объемом 6000-
8000 м\
Схема мстантенка представлена на рис. 4.65. Уровень осадка
поддерживается в узкой горловине метантенка, что позволяет повысить интенсивность
газовыделения на единицу поверхности бродящей массы и предотвратить
образование плотной корки.
Основными конструктивными элементами метантенков, выполняющими
определенные технологические функции, являются:
• система подачи осадков на сбраживание и стабилизированного осадка;
• система подогрева;
• система перемешивания бродящей массы;
• система сбора и отвода выделяющегося газа.
С точки зрения режима подачи осадков наиболее рациональной является
эксплуатация метантенков по прямоточной схеме, при которой загрузка и выгрузка
осадков происходит одновременно и непрерывна (или с минимальными
перерывами). Такай режим создает благоприятные температурные условия в метан-
тенке, так как исключается охлаждение бродящей массы вследствие залповых
поступлений более холодных сырого осадка и избыточного ила. Кроме того,
такой режим обеспечивает равномерность газовыделения в течение суток.
В различных конструкциях метантенков подача осадка на сбраживание
может осуществляться либо через общую для всех метантенков загрузочную
камеру, либо насосам непосредственно в каждый метантенк. В том и другом случае
должна быть обеспечена равномерность распределения нагрузки между
отдельными сооружениями и возможность ее регулирования.
427

Осадок подают в верхнюю зону метантенка, а выгружают из самой нижней
точки днища. Максимальное удаление друг от друга трубопроводов подачи и
выгрузки предотвращает попадание несброженного осадка в выгружаемую
массу. Кроме того, при постоянной выгрузке сброженной массы из нижней
части удается замедлить процесс накопления песка, который вместе с осадком
из первичных отстойников попадает в метантенк.
В метантенках тепло расходуется непосредственно на подогрев
загружаемого осадка до необходимой расчетной температуры, на возмещение потерь
тепла, уходящего через стенки, днище и перекрытие метантенка, на возмещение
потерь тепла, уносимого с отводимым из метантенка газом. В отечественной
практике подогрев осадка наиболее часто осуществляют острым паром.
Ранее мы упоминали о работах, проводимых в Уфе по разработке
биотехнологических способах очистки стоков, содержащих соединения тяжелых
цветных металлов, нефтепродуктов и др. В настоящее время в этом городе
функционируют две фирмы — «ЭГАСТ-ХХ1 век» и «ЭГАСТ-проект»,
занимающиеся внедрением в практику подобных технологий.
Принципиальная технологическая схема очистки сточных вод сложного
состава приведена на рис. 4.66. Не вызывает сомнений тот факт, что подобные
технологии чрезвычайно интересны и у них великолепное будущее. Для
одного из уральских трубных заводов выполнен рабочий проект переработки
стоков от травления легированных сталей. С интересом ждем его реализации и
полученных результатов.
Не можем не отметить вновь появившийся интерес к методам глубокой
аэробной биологической очистки органосодержащих сточных вод со значительным
Рис. 4.66. Анаэробный биохимический метод очистки сточных вод, содержащих тяжелые металлы и
сульфаты (для машиностроительных, приборостроительных, а также металлообрабатывающих и
горнодобывающих предприятий): ] — смеситель-усреднитель, 2 — биотенк, 3 — реактор, 4 —
тонкослойный отстойник, S — блок патронных фильтров, 6—сборник очищенной воды, 7—шламонако-
питель, * — вакуум-фильтр
428

Таблица 4.21
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАТРАТЫ ПРИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Вид затрат
Энергия
Химические реагенты (осаждение, обезвоживание осадка)
Обработка песка и обработка осадка
Заработная плата
Цеховые и прочие расходы
%
10
14
20
23
33
Таблица4.22
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАТРАТ ПРИ ОЧИСТКЕ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД
Наименование расходов
Электроэнергия
Материалы и химические реагенты
Амортизационные отчисления, включая капитальный ремонт
Расходы на собственные нужды
Заработная плата
Цеховые и прочие расходы
% от общего количества
45
20
10
3
12
10
сокращением, а в отдельных случаях - с полным исключением образования
избыточно активного ила (т.н. «голодные» технологии). Такие технология для
различных объектов предлагает «Институт МосводоканалНИИпроект»,
ранее ГНПП «БИОКС» и ряд других фирм. Не стоит доказывать, что
значительное уменьшение количества отводимого активного ила имеет огромное
значение для всех биохимических очистных сооружений, поскольку обработка этих
осадков - наиболее «тяжелая» часть очистного комплекса.
В заключении приведем интересные данные по примерным
эксплуатационным затратам при очистки сточных вод в ЕС (табл. 4.21), и аналогичные
российские данные (табл. 4.22).
Отметим огромную разницу в расходе энергии и значительную — в зарабог-
ной плате. Кроме того, несопоставимы эксплуатационные затраты при
получении питьевой воды в ЕС-0,4-1,09 евро за 1 м3; очистка 1 м3 в ЕС лежит в
пределах 1,5-2,0 евро.
4.1.7. Специальные СИ для контроля сточных вод
Для автоматического стационарного и подвижного контроля природных и
сточных вод промышленных предприятий разработан комплекс технических
средств (рис. 4.67) с применением компьютера на базе
многофункционального анализатора типа АМАС-203. Комплекс обеспечивает пробоотбор и
подготовку, многофункциональный анализ характеристик воды, формирование
информационных аналитических сигналов с помощью оптических и электрохи-
429

АСК
Рис. 4.67. Структурная схема комплекса
технических средств экологического контроля сточных
вод: АСК — автоматическая станций контроля;
СГХЛ и ПГХЛ — соответственно стационарная
и передвижная гидрохимическая лаборатории
Г~1НасосАМА-С-203г
Фильтр
ист1
Рис. 4.68. Структурная схема автоматического
многоканального анализатора сточных вод типа
АМА-С-203:1-16—аналитические
измерительные модули; ПУ — пробоотборное устройство;
ВТ—видеотерминал; ЦПУ—цифропечатающео
устройство; ЭВМ — IBM PC/XT; M — модем
мических датчиков, преобразование и регистрацию экологической
информации с применением микропроцессорных устройств, передачу информации с
помощью модема в информационный центр предприятия, автоматическую
калибровку приборов.
Анализатор АМА-203 (рис. 4.68) обеспечивает контроль в водах
растворенного кислорода, удельной электропроводности,
окислительно-восстановительного потенциала, рН, температуры, мутности, коэффициента пропускания,
активности ионов CI, N03, NH4, Na, F и концентраций ионов Р04, N02> Fe, Cr,
Си, карбамида. Схема и алгоритм формирования в анализаторе результатов
измерения концентраций Си, Fe, Cr, Р04 и N02 оптическими методами
предусматривают учет влияния изменяющихся характеристик воды и измерительной
схемы (дрейф нуля и приемника излучения, состояние оптических средств,
загрязнение измерительной кюветы и др.). Измерительные модули
температуры воды, проводимости, кислорода, рН, окислительно-восстановительного
потенциала, мутности, коэффициента пропускания расположены
конструкционно в отдельном корпусе анализатора. Информационно-программное
обеспечение комплекса технических средств позволяет выполнять автоматический
опрос анализаторов, контроль и управление их работой, индикацию
информации на дисплее, связь оператора центра с базой данных, расчет экологических
показателей за заданный интервал времени и др.
рН-метры, мономеры и сигнализаторы химического состава.
Электрохимические потенциометрические приборы предназначены для измерения
активности ионов в растворах электролитов и
окислительно-восстановительных потенциалов (Eh) различных промышленных сред, включая сточные воды.
430

Основой потенциометрического метода является зависимость потенциала
электрода от активности ионов в растворе. Измерение производятся электродной
парой, состоящей из измерительного и сравнительного электродов.
Потенциал измерительного электрода меняется в зависимости от изменения
содержания измеряемой величины при постоянстве потенциала сравнительного
электрода.
Активность ионов водорода характеризует кислотные или щелочные
свойства водных растворов и определяется водородным показателем рН. Чистая
химически нейтральная вода имеет рН = 7 при температуре 22 "С, у кислых
растворов рН < 7, У щелочных рН > 7. рН измеряется косвенно по ЭДС между
измерительным и сравнительным электродами.
Окислительно-восстановительный потенциал ЕН измеряется при помощи
атектродной системы, состоящей из платинового и сравнительного электродов.
При погружении электродной системы в анализируемую среду, например, в
сточные воды, на платиновом электроде возникает потенциал, определяющий
окислительно-восстановительную способность контролируемого раствора. Потен-
циометрический иономерный прибор состоит из чувствительного
преобразователя, измерительного преобразователя и вторичного прибора.
Отечественной промышленностью выпускаются серийно чувствительные
преобразователи (элементы) типов ДПг-4М (погружной) и ДМ-5М
(магистральный) для измерения рН (рис. 4.69) в водных растворах и пульпах про-
Рис. 4.69. Чувствительный элемент ДМ-5М: / — электрод измерительный; 2 — электролитический
ключ; 3 — блок выносного сравнительного электрода; 4 — клеммная коробка
431

мышленыых сточных вод. Температура контролируемой среды <100°С,
давление 0,025-0,6 МПа. При колебаниях давления больше чем ±0,02 МПа
устанавливается регулятор давления РДС-1, который входит в комплект
чувствительного элемента. Для компенсации изменений ЭДС электродной системы
при изменении температуры контролируемого раствора в комплект входит
также термокомпенсатор.
Чувствительный элемент типа ДПг-4М выпускается различных
модификаций, отличающихся длиной погружной части A100, 1600 и 2000 мм),
материалов деталей, соприкасающимися с контролируемой средой (корпус из стали
марки 12Х18Н10Т или титана марки ВТ1-0, электролитический ключ из
фторопласта или полипропилена) и типов сравнительного электрода (проточный
или непроточный).
Преобразователи типов П-201, П-205.П-210 и П-215 предназначены для
преобразования ЭДС чувствительных элементов в унифицированный выходной
сигнал постоянного тока и напряжения. П-201 предназначен для измерения
рН от (-1) до 14 в комплекте с чувствительными элементами ДПг~4М, ДМ-5М
или другими серийно выпускаемыми приборами для измерения активности
ионов. Г1-205 предназначен для измерения в комплекте с чувствительным
элементом Eh и ЭДС от (-14) до 1400 мВ источников постоянного тока с
внутренним сопротивлением до 100 Ом. П-210 и П-215 в комплекте с
чувствительными элементами предназначены для измерений рХ (рН) и Eh технологических
растворов в системах непрерывного контроля и автоматического
регулирования технологических процессов промышленности, а также для измерения ЭДС
с внутренним источником сопротивлением до 1000 МОм. Пределы измерений
(-1)^-20 рХ, (-2000L-2000 мВ. Диапазоны измерений для одновалентных ионов
(-1), 2,5; 5,10,15,20 рН; для двухвалентных ионов (-2,5), 5,10,15,20 рН; 100,
250, 500, 1000,1500, 2000 мВ. Потребляемая мощность 20 В-А.
рН-метр типа рН-201 включает ДМ-5М и П-201.1 с милливольтметром и
вторичный прибор. Чувствительный элемент устанавливается на расстоянии
до 150 м от преобразователя. рН-метр типа рН-220 включает преобразователь
П-215 или П-215И. В качестве измерительных электродов используются
стеклянные электроды ЭСП-ОО-14 и ЭСП-31-06, в качестве вспомогательного —
хлорсеребряный электрод ЭХ СВ-1. Наибольшие допустимые длины
соединительных линий от чувствительного элемента с входным усилителем до
блока искрозащиты 1 км, до блока преобразователей 5 км. рН-метр типа рН-220.1
изготавливается в девяти вариантах в зависимости от модификации
чувствительности элемента ДПг-4Мэ а типа рН-220.2 — в трех вариантах в
зависимости от модификации чувствительного элемента ДМ-5М.
Сигнализатор типа МС-рН-бМ предназначен для сигнализации отклонения
величины рН оборотных и сточных промышленных вод от заданного
значения и управления устройствами переключения потоков воды на очистку. Диа-
432

пазон установки задания 2-10 рН, погрешность срабатывания сигнализации ±
0,3 рН. Сигнализатор контролирует до шести точек, температура
контролируемой среды 10-40 "С. Электродная система чувствительного элемента
состоит из сурьмяного измерительного электрода и хлорсеребряного
сравнительного электрода ЭВП-08-50. Питание сигнализатора ■— от источника
переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц, потребляемая мощность 40 В-А.
Габаритные размеры чувствительного элемента 955x195x235 мм.
рН-метр типа ПМ-СЗ предназначен для контроля и регулирования
процессов нейтрализации, сточных и оборотных вод, содержащих растворы серной
кислоты и минеральных удобрений. рН-метр предназначен для работы при
температуре окружающей среды 5-50 "С и относительной влажности до 80 %.
Потребляемая мощность 100 В-А.
Иономер кондуктомер АНИОН 410 предназначен для измерения активного
одно- и двухвалентных анионов и катионов (рХ) в водных растворах. Пределы
измерения рХ (-2)+20. Погрешность 0,05 рХ. Питание — от источника
переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц, потребляемая мощность
50 В-А. Иономер предназначен для работы при температуре окружающего
воздуха 10-35 СС и относительной влажности до 80 %.
Концентратомерм кислоты, щелочей и солей. Такие анализаторы
предназначены для контроля и диагностики в водных промышленных растворах
концентраций кислот, щелочей и солей. Метод анализа основан на
зависимости удельной электрической проводимости от количества и природы
содержащихся в водных растворах веществ. По типу чувствительного элемента
(измерительной ячейки) методы измерения электрической проводимости
делятся на контактные и бесконтактные.
Контактный концентратомер типа КСО-У предназначен для непрерывного
автоматического измерения и регистрации содержания в водных растворах
электролитов (серная кислота, щелочи, растворы солей), имеющих
однозначную зависимость удельной электрической проводимости от 0,1 до 100 С/м.
Диапазон измерения концентраций H2SO, 96-99 % с погрешностью
±@,2+0,5)%; SO, 16-23 % с погрешностью ±0,5 %; NaCl 5-20 и 2-10 % с
погрешностью ±0,5 %. При измерении параметров недопустимо наличие в
водных растворах пленкообразующих органических соединений (масло, нефть и
др.). Концентратомер предназначен для работы при температуре
окружающего воздуха 5—20 °С и относительной влажности до 80 %. Температура
контролируемых растворов 1-110 °С, динамическая вязкость 0,2 Па-с, давление
0,5 МПа. Питание концентратомера — от источника переменного тока
напряжением 220 В и частотой 50 Гц, потребляемая мощность 50 В-А.
Контактный концентратом ер типа АКК-201 предназначен для контроля
удельной электрической проводимости сточных вод в процессе их
промышленной ионообменной очистки от кислот, щелочей и солей в диапазоне изме-
433

рений 1-10" + 1-10" (пять поддиапазонов) при температуре контролируемой
среды 10-100 °С и давлении до 0,5 МПа.
Концентратомер состоит из первичного преобразователя проточного типа
или погружного (обыкновенное исполнение — модификация АКК-201-01,
взрывозащишенное исполнение — АКК-201-02), измерительного
преобразователя, микроамперметра, потенциометра. Питание концентратомера •— от
источника переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц,
потребляемая мощность 16 В-А. Концентратор предназначен для работы при
температуре окружающего воздуха 5-50 °С и относительной влажности 30-80 %.
Контактный анализатор типа АКК-М-01 и бесконтактный индуктивный
анализатор типа АКК-М-02 предназначены для преобразования значения
удельной электрической проводимости растворов (от обессоленной воды до
концентрированных кислот, щелочей и солей) в унифицированный сигнал ГСП.
Диапазоны измерений АКК-М-01 1-10"**Н0 С/см с разбивкой на
поддиапазоны с отношением шкалы 1:100 и 1:10. Диапазоны измерений АКК-М-01
1-10~2-И С/см с аналогичной разбивкой на поддиапазоны. Температура
анализируемой среды 1-110 СС, давление до 0,7 МПа. Потребляемая мощность
<16 В-А.
Контактный сигнализатор электрической проводимости СЭ-3 предназначен
для контроля воды с примесью кислот, щелочей и солей, имеющих
электрическую проводимость 1-10- -=-5-10" С/см и динамическую вязкость 0,2 Па-с.
При достижении установленного предела электрической проводимости с
помощью специального усилительного устройства срабатывает выходное
сигнальное реле, контакты которого используются для световой сигнализации и
во внешней цепи. Сигнализатор предназначен для работы при температуре
окружающего воздуха 5-50 "С и относительной влажности до 80 %.
Установка задания производится специальным потенциометром, сила
коммутирующего тока контактами до 5 А при напряжении 220 В переменного тока.
Сигнализатор трехпозиционный, имеет контакты на выходные сигналы: "меньше",
"норма", "больше". Потребляемая мощность прибора 50 В-А.
Контактные многоточечные сигнализаторы типов МСН-5 и МСП-10
предназначены для сигнализации о наличии в сточных водах агрессивных
растворов с удельной электрической проводимостью >0,1 С/м (серная, фосфорная
кислоты и др.). Сигнализаторы применяют для контроля в пяти и десяти (МСН-
10) точках сигнализации, например, в емкостях при температуре жидкостей
1-110 °С, давлении 0,5 МПа. Потребляемая мощность 20 В-А.
Контактный измеритель типа ИЩП-ЗБ предназначен дтя непрерывного
автоматического измерения и регистрации в слабых неконцентрированных
растворах массового содержания общей щелочи в диапазоне E-55)-10_1*E-
55)-10^ г/дм3. Температура контролируемой среды 10-110 °С, содержание
твердых веществ в растворе 2 г/дм . Измеритель состоит из первичного преобра-
434

зователя ДТП-51 кондуктометрического проточного типа и прибора КСМ-3.
Потребляемая мощность 30 В-А.
Бесконтактные кондуктометрические концентратомеры типов КК-8 и КК-9
предназначены для измерения, регистрации и сигнализации удельной
электрической проводимости чистых и загрязненных водных растворов кислот,
щелочей и солей в диапазоне измерений 1-10, 10-100 С/м. Температура
контролируемой среды 1-100 °С, давление 0,5 МПа, вязкость 0,2 Па-с. Расход
через проточный первичный преобразователь 30-100 л/ч.
Анализаторы взвесей в водах. Акустический анализатор жидких сред типа
АСА-2 предназначен для анализа состава твердых взвесей в жидких средах по
времени задержки акустического сигнала (импульса) от измеряемого параметра
(при отсутствии газовых включений в контролируемых жидкостях) в
поддиапазонах 0-2, 0-4, 0-6, 0-10 %. Температура контролируемой среды в зоне
установки измерительного преобразователя (-10L-160 °С, давление 1 МПа.
Питание прибора — от источника переменного тока напряжением 220 В,
частотой 50 Гц, потребляемая мощность 100 В-А.
Волоконнооптический мутномер типа АОМ-102 предназначен для измерения
содержания взвешенных частиц в жидкостях по интенсивности ослабления
светового потока при прохождении его через контролируемый объем среды.
Мутномер может работать непрерывно и периодически для контроля сточных вод в
открытых водоемах и в отстойниках. Питание прибора — от источника
переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц или от постоянного источника
тока напряжением 12 В. Потребляемая мощность 40 В-А. Температура
контролируемой среды 5-35 °С, давление атмосферное. Толщина просвечиваемого слоя
5,10,20,35,50 мм. Диапазон показаний прибора по светопропусканию 0-100 %.
Пределы измерений прибора по светопропусканию 10-100 %, а по спектру 500-
630 мм. Мутномер предназначен для работы при температуре окружающего
воздуха (-20L-35 °С.
Анализаторы содержания металлов в растворах. Действие анализаторов
основано на определении содержания ионов металлов различными физико-
химическими методами. Приборы для определения электрохимически
активных частиц Zn, Pb, Cr, Cu, Cd, Sr, цианидов и других элементов имеют
различное конструктивное исполнение и предназначены для работы при
температуре окружающего воздуха 5-50 °С и относительной влажности до 80 %.
Анализатор типа СПЕКТР-4А предназначен для определения содержания
металлов в растворах методом атомно-абсорбционной спектрометрии
пламени. Анализатор определяет содержание в растворах до 70 элементов
(алюминий, железо, медь, никель, марганец, свинец, цинк и др.) с пределом
обнаружения для разных элементов 0,0008-1 мг/дм3 и чувствительностью обнаруже-
111151 — 0,01-10 мг/дм3. Анализатор выпускается в модификациях СПЕКТР-4,
СПЕКТР-4А-1 и СПЕКТР-4А-2 с цифровой системой обработки информации.
435

Тип пламени: пропан - воздух, ацетилен - воздух, ацетилен - оксид азота.
Отсчет результатов анализа производится на регистрирующем потенциометре
("процент поглощения) и на цифропечатающем устройстве (содержание).
Питание анализатора — от источника переменного тока напряжением 220 В
частотой 50 Гц, потребляемая мощность 3 кВ-А.
Анализатор типа АЖЭ-11 предназначен для автоматизированного контроля
методом вольтамперметрии технологических растворов, сточных и оборотных
вод, а также обнаружения и индикации в них твердых электрохимических
активных частиц. Анализатор обеспечивает измерение содержания ионов
тяжелых металлов, свинца, меди, цинка, кадмия, сурьмы, сульфид-иона, хлорид-
иона, а также других катионов и анионов, их комплексных соединений.
Анализатор с применением вычислительных устройств обеспечивает получение
прямых инверсионных дифференциально-импульсных вольтамперньгх кривых
(ВАК), автоматическую обработку характеристик ВАК (измерение
амплитуды, площадей пиков и полупиков), обнаружение и подсчет твердых
электрохимически активных частиц в жидкостях, программное управление
функциями пробоотбора и доставки проб. Пределы измерения по свинцу и кадмию 0-
0,1; 0-200 мг/дм3, соответственно. Питание анализатора — от источника
переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц, потребляемая мощность
500 В-А.
Для анализа содержания токсичных металлов в сточных водах разработан
атомно-флуоресцентный анализатор СПИРАЛЬ-11. Высокая
производительность анализа (в два-три раза выше, чем у приборов подобного класса) дос
гается применением многоспирального оптимизирующего устройства. А
лизатор при необходимости оснащается микроЭВМ. Потребляемая мощност
280 В-А.
Сигнализатор типа СХ-Ш1 предназначен для контроля сточных вод на
стивалентный хром и автоматического регулирования на установках реаге
ной очистки хромсодержащих сточных вод методом восстановления шести
лентного хрома в трехвалентный восстановителем (сульфитом, бисулыри >
сернистым газом и др.) при условии поддержания рН контролируемой сред
погрешностью ± 0,2 рН.
Сигнализатор обеспечивает визуальный контроль превышения содержа1
шестивалентного хрома в растворах от установленной нормы. В стоках,
держащих хром, допустимо наличие цинка, меди, никеля до 15 мг/дм V
содержании шестявалеитного хрома 1 мг/дм3, азотной и других кислот в ко
честве, не влияющем на рН среды в диапазоне 2-3. Температура контролиру
мой среды 5-50 °С, давление 0,2 МПа. Питание сигнализатора — от источи
ка переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Сигнализатор пр
назначен для работы при температуре окружающего воздуха 5-50 С и о
сительной влажности до 80 %.
436

Сигнализатор цианидов типа СЦ-Ш1 предназначен для контроля качества
очистки сточных вод от цианидов (комплексных соединений меди и цинка) и
сигнализации превышения их содержания сверх установленной нормы на
ОД мг/дм3. Температура контролируемой среды 20 °С давление 0,02 МПа, рН
10-15, скорость потока среды 5-20 м/с.
Хроматографические и инфракрасные анализаторы содержания
органических и неорганических соединений. Для анализа содержания
органических и неорганических соединений в сточных водах применяют различные
физико-химические методы качественного и количественного определения
содержания фенолов, ацетона, парафинов, ацетальдегидов, спиртов,
дихлорэтана) аммиака^ углеводородов и др.
Наибольшее распространение в промышленности для этих целей получили
хроматографические анализаторы, основанные на распределении
компонентов между несмешивающимися фазами, одна из которых подвижная (жидкость,
инертный газ), другая неподвижная (жидкость или твердое тело). В
зависимости от агрегатного состояния подвижной и неподвижной фаз различают
жидкостную и газовую хроматографию. Хроматограф состоит (рис. 4.70) из
дозатора, осуществляющего ввод пробы газа вместе с газом-носителем в
термостатированные колонки хроматографа, после которых устанавливаются
детекторы, фиксирующие изменения выходящих составляющих. Сигнал из
каждого детектора через преобразователь поступает в микропроцессор и на
регистрирующий прибор. В качестве детектора обычно применяют катарометр,
работа которого основана на изменении электрического сопротивления
проводника в зависимости от теплопроводности среды, т.е. анализируемого состава
вещества. Для повышения эффективности способов избирательности анализа
применяют селективные типы детекторов. Например, для органических
соединений применяют детекторы ионизации пламени и фотоионизационный,
для соединений серы и фосфора — пламенно-ионизационный
фотометрический, для азот-, серо- и фосфорсодержащих соединений — термоионный и т.д.
Хроматограф промышленный универсальный типа ХПУ-2 предназначен для
анализа сложных органических и неорганических смесей с температурой
кипения до 250 °С. Предел обнаружения по углеводородам может быть в
зависимости от типа селективного детектора 1-Ю"* или 1-10 3 мг/см . Отклонение
Рис, 4.70. Блок-схе\та хроматографа: 1 —
дозатор; 2—хроматографическне
колонки; 3 — детектор; 4 — преобразователь;
5 — регистрирующий прибор; ЭВМ —
микропроцессор
Проба газа
\
^ОУ* 2
1 (ii- —
носитель
—►
3
5
Т
«1
-> 4
1
ЭВМ
437

среднего значения выходного сигнала за 140 ч непрерывной работы не
превышает ±6 %. Время выхода на режим работы от 20 мин до 2 ч в зависимости от
принятого режима термостатирования. Среднеквадратичное отклонение
выходного сигнала для анализа жидкостей ±2,5 %. Хроматограф работает в
комплекте с потенциометром типа КСП-4. Питание хроматографа — от источника
переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц, потребляемая мощность
0,5 кВ-А.
Хроматограф жидкостный ионный типа ЦВЕТ-3006М предназначен для
качественного и количественного анализа водных растворов ионных
органических и неорганических соединений при аналитическом контроле
производственных процессов и окружающей среды. Прибор имеет кондуктометрический
детектор, содержит разделительные, подготовительные и концентрирующие
колонки, снабжен микропроцессорным устройством обработки информации.
Время выхода на режим 1,5 ч. Диапазон расхода растворителя 0,05-5 см/мин.
Максимальное давление насоса 20 МПа. Среднеквадратичное отклонение
высот и времени удерживания ±2 %. Предел обнаружения для хлорида натрия
З-КГ'мг/мл.
Инфракрасный анализатор типа АНАЛИЗ-2 предназначен для контроля в
водах различных веществ, включая ацетон, парафины, ацетальдегид, спирты,
дихлорэтан, аммиак и др. Действие анализатора основано на свойстве
жидкого раствора поглощать инфракрасное излучение в области спектра 1-4,5 мкм.
Выделение требуемого участка спектра излучения для измерения
определяемого компонента выполняется с помощью интерференционных
светофильтров. Толщина слоя контролируемого раствора может быть установлена от 1 до
60 мм. Анализатор выпускается в различных модификациях в зависимости от
определяемых компонентов, диапазона измерения и состава анализируемой
среды. Первичный преобразователь имеет взрывозащищенное исполнение.
Стабильность работы анализатора 20 сут. Температура контролируемой среды
(-5)-И00 °С, давление 2,5 МПа, расход до 30 м3/ч. Допускается объемное
содержание механических примесей 0,1 %. Питание анализатора — от
источника переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц, потребляемая
мощность 150 В-А. Анализатор предназначен для работы при температуре
окружающего воздуха 5-50 °С и относительной влажности до 80 %.
Отметим, однако, что пока наиболее надежным методом определения эфи-
роизвлекаемых органических веществ остается весовой.
4.2. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛАВЕ 4
1. Яковлев С. В., Картин Я. А., Ласков Ю. М. и др. Очистка производственных
сточных вод. —М.: Стройиздат, 1988.
438

2. Яковлев С. В., Карелин Я. А., Ласков Ю. М. и др. Водоотводящие системы
промышленных предприятий. — М.: Стройиздат, 1990. — 512 с.
3. Яковлев С. В., Воронов Ю. В. Водоотведение и очистка сточных вод. — М: АСВ,
2004. — 704 с.
4. Фрог Б. Н., Левченко А. П. Водоподготовка. — М.: МГУ, 2003. — 680 с.
5. Родионов А. И., Клушин В. Н., Торочешпиков Н. С. Техника защиты окружающей
среды. — М. Химия, 1989. — 512 с.
6. Громов С. Л., Золотников А. И. Очистка сточных вод методом гальванокоагуляции
// Химическая промышленность. 1993. № 3-4 A41). С. 61-63
7. Установка для очистки сточных вод методом гальванокоагуляции // Химическая
промышленность. 1993. №3^t A41). С. 63-65.
8. Аксенов В. И. и др. Использование флокуяянтов в очистке производственных
стоков и осадков // Экономика и экология. 2004. № 2. С. 42-44.
9. Справочник по современным технологиям очистки, природных и сточных вод и
оборудованию. — Дания-РФ, 2001. — 255 с.
10. Вербич С. В. и др. Извлечение ионов тяжелых металлов из водных растворов иони-
том АНКБ-35 // Химия и технология воды. 1992. Т. 14. № 2. С. 157-161.
11. Справочник «Сырье для черной металлургии». В 2-х томах / Под ред. Е. М. Чи-
жиковой. — М.: Теплоэнергетик, 2002. — 943 с.
12. 'Ошанин А. С. Инженерно-экологический справочник. В 3-х томах. — Калуга,
Издательство Н. Бочкаревой, 2003. — 1511 с.
13. Назаров В. Д., Гурвич Л. М., Русакович А. А. Водоснабжение в нефтедобыче. —
Уфа: Виртуал, 2003. — 503 с.
439

Раздел III.
ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Рассматривая в совокупности водное хозяйство предприятий черной и
цветной металлургии, машиностроения и металлообработки, мы должны отметить
наиболее характерную черту: вода на этих предприятиях «работает» с
металлом, в результате чего образуются сточные воды с весьма схожими свойствами
— нагретая вода от охлаждения агрегатов, металла и др.; «грязная» вода от
газоочисток, гидротранспорта и др.; органосодержащие воды типа саж,
прокатных смазок, обезжиривающих растворов и др.; агрессивные стоки от
травления металлов, нанесения гальванических покрытий и др. Именно это
обстоятельство заставляет нас рассматривать проблему в целом, сравнивая и
анализируя опыт работы в отдельных отраслях. Актуальность проблемы — в том,
что суммарные расходы потребляемой воды рассматриваемых предприятий
занимают второе место после теплоэнергетики, а по количеству получаемых
загрязнений значительно опережают все остальные отрасли. Можно сказать,
чго рациональная организация систем водного хозяйства в рассматриваемых
отраслях имеет решающее значение для сохранения не только водных
ресурсов, но и всей окружающей среды в целом.
Глава 5.
ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО ПРЕДПРИЯТИЙ
ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
5.1. ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ ОТРАСЛИ
Имеготся данные, по водопотреблению отрасли начиная с 1913 г. (табл. 5.1).
В начале века наиболее крупные заводы того времени, чрезвычайно малые в
масштабах сегодняшнего дня, были расположены вблизи рек. Водное
хозяйство этих предприятий осуществлялось по самой простой схеме —
прямоточной: сточные воды после использования без очистки поступали в водоемы.
Относительно небольшое количество сточных вод не оказывало
значительного влияния на состояние водоемов — происходило их разбавление, не
приводящее к нарушению процессов самоочищения природных вод. К началу
периода индустриализации страны общее водопотребление черной металлургии
по сравнению с 1913 г. возросло примерно в 2 раза и увеличилось почти в 130
раз в 1985 г.
Основным направлением рационального использования водных ресурсов на
предприятиях черной металлургии и защиты водоемов от загрязнения и се-
440

Таблица 5.1
РОСТ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Показатель
Годовое водоио-
требление, млн м3
Увеличение водо-
потребления*
Расход свежей
воды, %
1913
300
1,00
100
1932
700
2,35
85
1941
5000
16,85
55
1945
4000
13,15
60
1950
14000
46,50
50
I960
17500
58,50
35
Продолжение табл. 5.1
Показатель
Годовое
недопотребление, млн м3
Увеличение водо-
потребления*
Расход свежей
воды,%
* Водопотребпевие 1
1965
20000
56,50
30
1970
22000
73,20
24
913 г. принято за единицу.
1975
31140
103,50
21
1980
35460
118
17
1985
38250
127,50
16
Таблица 5.2
ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ СССР
Показатель
Общее водопо-
требдение
Потребление
свежей воды
Количество
сточных вод всего
в т.ч.
загрязненных
загрязненных
без очистки
1975
31,14*
242,1
6*51
50,6
4,57
35,6
__
1980
35,46
263,2
6.79
48,2
j4J3
30,2
Ш
14
QJ1
3,92
1981
34.90
267,80
_6ЛЗ
41,62
АЛ
36,6
1.38
8,02
(Ш
2,33
1982
_жш
275,10
_М
43,5
АЛ
31,5
ш
8,04
т
1,57
1983
ЛАО
267,95
_6^53
45,03
"В
30,8
Ш
8,2
0J6
1,13
ПроЬолжение табл. 5.2
Общее водопо-
требление
Потребление
свежей воды
Количество
сточных вод всего
в т.ч.
загрязненных
загрязненных
без очистки
Щ^ числителе — миллиарды кубометров
1985
_38J25
270,89
_6Д2
44,5
__4^2
30,38
Ш
7,29
ОЛ
0,92
в год, в знаменателе
1986
U3
кубометр на тонну
AU
276,1
5.6
31,56
370
24,28
_йё
3,94
441

годня является сокращение объема потребления свежей воды из источников,
широкое внедрение систем оборотного водоснабжения, создание замкнутых
бессточных систем с полным извлечением утилизацией всех продуктов,
улавливаемых при очистке сточных вод.
Представляет интерес проследить динамику водопотребления отраслью в
советский период предприятиями СССР (табл. 5.2) и РСФСР (табл. 5.3).
Результаты, приведенные в табл. 5.8 — это более объективные министерские
данные; результаты, приведенные в табл. 5.3, — это статотчетность по форме
2ТП — водхоз, заниженные примерно в 2,5 раза. Отметим, что все результаты
по водному хозяйству в 90-е годы взяты из этой статотчетности, поэтому
абсолютные значения водопотребления по рассматриваемым отраслям едва ли
отражают положение дел, и это нужно иметь в виду.
В последние годы после «провала» 1992—1995 гг. обозначился если не рост,
то некоторая стабилизация производства в отрасли, о чем свидетельствуют
результаты работы в 1996-1998 гг.
Объем промышленного производства на крупных и средних предприятиях
отрасли в 1996 г. составил 96 %, в 1998 г. — 91,9 %, в 1999 г. — 114,4%, в
2000 г. по отдельным производствам увеличился на 5,5-45,6%. Степень
износа основных фондов возросла до 53,1 % (в 1995 г. — 46,9 %).
В течение 1991-1995 гг. в отрасли отмечалось ежегодное постепенное
снижение показателей забора свежей воды из водных объектов, использования
предприятиями свежей воды и в системах оборотного водоснабжения, водоот-
ведения в поверхностные водные объекты, составившее за пятилетие 8; 19; 6 и
19 % соответственно. В 1996 г. рассматриваемые показатели сохранили
тенденцию к снижению и составили от уровня 1995 г. 12; 7; 5 и 8 % (табл. 5.4,
5.5).
Суммарный расход воды на цели водоснабжения снизился за 1996 г. на
1063 млн. м3 и равнялся 18237 млн. м3 (94 %), в том числе расход воды в
системах оборотного водоснабжения — 16847 млн. м\ Экономия свежей воды на
Таблица 5.3
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДЫ в ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ РСФСР, млн. mVrW
Год
1985
1986
1987
1988
1989
1990
Суммарный
расход на
водоснабжение
20177
20525
20623
20945
20929
21047
Использовано воды
всего
2254
2178
2065
2045
1965
1890
в том числе на нужды
мяяйственнс-
питьевые
387,3
365,6
355,2
358,0
343,0
353,0

производственные
1855
1773
1647
1626
1548
1451
орошения и
обводнения
16,7
13,9
10,1
12,0
17,0
18,0

сельскохозяйственного
водоснабжения
3,8
0,8
2,5
3,0
6,0
6,0
прочие
Н.Д.
24,7
39,2
46,0
51,0
62,0
Расход в системах!
ПОВТОРНОГО
водоснабжения 1
17923
18347
18559
18900
18964
19157
442

Таблица 5.4
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Показатели
Забрано воды из водных объектов, всего:
в т.ч. из подземных источников
Использовано свежен воды, всего
морской
пресной
Использовано пресной воды на нужды:
хозяйственно-литьевые
производственные
орошения
сельскохозяйственного водоснабжения
Сброшено сточных, шахтно-рудничных
и коллекторно-цренажннх вод в
поверхностные водные объекты, всего:
в т.ч. нормативно-чистых
требующих очистки, всего
из них:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и
Повторно-последовательного
водоснабжения
Мощность очистных сооружений, всего
_ в т.ч. перед сбросом в водные объекты
1993 г.
МЛН. А
2022
586
1689
8
1681
368
1227
6
4
1136
205
931
177
678
76
17412
1138
ИЗО
1994 г.
гУгод
1822
507
1534
8
15265
333
1120
1,3
3
1001
192
809
157
563
89
16259
1096
1088
Прирост за 1994 г.
млн. и^/год
-200
-796
-155
0
-155
-35
-107
-4J
-1
-135
-13
-122
-20
-115
13
-1153
-42
-42
%
-10
-13
-9
0
-9
-10
-9
-78
-25
-12
-6
-13
-11
-17
17
-9
-4
-4
производственные нужды за счет оборотных систем водоснабжения в отрасли
осталась на прежнем уровне — 94 %. В целом во отрасли объем сточных вод,
сбрасываемых в поверхностные водные объекты, составил 972,4 млн. м\ сброс
загрязненных сточных вод уменьшался до 705 млн. м (на 53 млн. м3). В
составе сточных вод преобладают недостаточно очищенные — 56,2 % от
суммарного сброса, за год их объем сократился на 9 %.
Мощность очистных сооружений на предприятиях отрасли на 97 %
перекрывают потребность в очистке, однако устаревшие технологии очистки и
износившееся оборудование не обеспечивают нормативного уровня очистки
поступающих на них загрязненных сточных вод.
В 1996 г. среди предприятий отрасли наибольшие объемы загрязненных вод
сброшены Нижнетагильским A3,4 % от суммарного по отрасли),
Магнитогорским (8,8 %), Новолипецким (8,2 %) металлургическими комбинатами, Ков-
443

Таблица 5.5
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Показатели
Забрано воды из водных объектов, всего:
в т.ч. из подземных источников
Использовано свежей воды, всего:
морской
пресной
Использовано пресной воды на нужды:
хозяйсгвешю-пигьевые
производственные
орошения
сельскохозяйственного водоснабжения
Сброшено сточных, шахтно-рудничных
и коллекторно-дренажных вод в
поверхностные водные объекты, всего:
в т.ч. нормативно-чистых
требующих очистки, всего
из них:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и
повторно-последовательного
водоснабжения
Суммарный расход на цели
водоснабжения
Мощность очистных сооружений, всего
в т.ч. перед сбросом в водные объекты
1995 г. 1 1996 г.
млн. м3/год
1995
492
1501
8
1493
315
И05
1,4
2
1060
208
852
155
СОЗ
94
17799
19300
1490
1483
1761
458
1390
6
1384
281
1034
1,2
2,5
973
205
768
158
547
63
16847
18237
1515
1507
Прирост за 1996 г.
млн. biVrqn
-234
-34
-111
-2
-109
-34
-71
-0,2
0,5
-87
-3
-84
3
-56
-31
-452
-1063
25
24
%
-12
-7
-7
-25
-7
-11
-6
-14
25
-8
-1
-10
2
-9
-33
-5
-6
2
2 .
дорским горно-обогатительным комбинатом E,9 %) — г. Ковдор, АО
«Северсталь» E,6 %) — г. Череповец. Доля выделенных предприятий в общем
сбросе зафязненных сточных, вод промышленности Российской Федерации
составила 4 %. Многие горно-обогатительные металлургические комбинаты
являются загрязнителями подземных водоносных горизонтов, например
Магнитогорский металлургический комбинат в Челябинской области, Лебединский и
Стойленский горно-обогатительные комбинаты в Белгородской области.
В 1997 г. объем промышленного производства по добыче и обогащению
рудного сырья для черной металлургии увеличился по сравнению с 1996 г. на 2 %,
возросло производство чугуна и готового проката. Спад производства в
отрасли в предыдущие годы, сопровождающийся сокращением выбросов вредных
444

веществ в атмосферу и сбросом загрязненных сточных вод в водоемы, не
привел к заметному улучшению экологической обстановки.
В 1996-1999 гг. объемы использования свежей воды и сброса сточных вод в
поверхностные водные объекты имели тенденцию к снижению.
Объем использования воды предприятиями отрасли в 1997 г. составил
1283,2 млн. м3, или 92,3 % от уровня 1996 г. (табл. 5.6). Экономия свежей воды
за счет применения оборотных систем в среднем по отрасли осталась на
уровне прошлых лет — 94 %.
Суммарный объем водоотведения в поверхностные водные объекты
уменьшился на 19 млн. м3 и составил 954,4 млн. м3. Сброс загрязненных сточных
вод сократился на 1,9 %. Крупнейшими загрязнителями поверхностных вод в
отрасли остаются: АО «Новолипецкий металлургический комбинат», АО
«Магнитогорский металлургический комбинат», АО «Нижнетагильский ме-
Таблица 5.6
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Показатели
Забрано воды из водных объектов, всего:
в т.ч. из подземных источников
Использовано свежей болы, всего:
морской
пресной
Использовано пресной воды на нужды:
хозяйственно-питьевые
производственные
орошения
сельскохозяйственного водоснабжения
Сброшено сточных, щахтно-рудничных
и коллекторно-дреналшых вод в
поверхностные водные объекты, всего:
в т.ч. нормативно-чистых
требующих очистки
из них:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и
повторно-последовательного
водоснабжения
Суммарный расход на цели
водоснабжения
Мощность очистных сооружений, всего
i в т.ч. перед сбросом в водные объекты
1996 г.
МЛ1
1761
458
1390
6
1384
281
1034
1,2
2,5
973
205
768
158
547
63
16847
18237
1515
1507
1997 г.
м3
1853
418
1283
5
1278
237
987
3,1
1,7
954
198
756
152
539
65
N496
1779
1426
1402
Прирост за 1997 г.
MJIH. М3
92
-40
-107
-1
-106
-44
-47
1.9
0,8
-19
-7
-12
-6
-8
2
-351
-458
-89
-105
' %
5
-9
-8
-17
-8
-16
-4,5
158
32
-2
-3,4
-1,6
-4
-1,5
3,2
-2
-2,5
-6
-7
445

таллургический комбинат», АО «Северсталь», АО «Ковдорский
горно-обогатительный комбинат». Доля этих предприятий в общем сбросе загрязненных
сточных вод промышленностью Российской Федерации составила 4,6 %.
В 1998 г. в целом по отрасли уровень производства снизился на 8,1 %.
Причем, если производство черных металлов, труб, кокса упало соответственно
на 9,3; 18,5 и 17,6 %, то объемы добычи и обогащения рудного сырья выросли
на 3,8 %. Забор воды из подземных водных объектов остался на уровне
предыдущего года, забор воды из поверхностных источников увеличился до 103 %.
Суммарный расход воды на цели водоснабжения за год снизился на 2 % (в
1997 г. — на 2,5 %), в том числе свежей воды — на 54 млн. м3 D %), оборотной
на 233 млн. м A,4 %). Экономия воды за счет использования оборотных
систем водоснабжения осталась на уровне предыдущих лет 94,4 % (табл. 5.6,5.7).
Таблица 5.7
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Показатели
Забрано воды из водных объектов, всего:
в т.ч. из подземных источников
Использовано свежей воды, всего:
морской
пресной
Использовано пресной воды на нужды:
хозяйственно-питьевые
производственные
орошения
сельскохозяйственного водоснабжения
Сброшено сточных, шахтно-рудничных и
коллекгорно-дреиажных вод в
поверхностные водные объекты, всего:
в т.ч. нормативно-чистых
требугоших очистки
из них:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и
повторно-последовательного
водоснабжения
Суммарный расход на цели
водоснабжения
Мощность очистных сооружений, всего
в т.ч. перед сбросом в водные объекты
1997 г.
МЛ!
1853
418
1283
5
127В
237
987
3,1
1,7
954
198
756
152
65
539
16496
17779
1426
1402
1998 г.
.*?
1912
418
1229
5
1224
227
958
2
1,5
921
179
742
140
536
66
16263
17492
1441
1429
Прирост за 1998 г. J
МЛН. М3
59
0
-54
0
-54
-10
-29
-1,1
-0,2
-33
-19
-14
-12
-3
1
-233
-287
15
27
* !
3
0
-л
0
-4
-4
-3
-38
-12
-3
-10
-2
-8
-05
1,5
-1,4
-2
1
__2___
446

Доля отрасли в суммарном сбросе промышленностью соответствовала 2,8 %,
в сбросе загрязненных сточных вод 9,9 %. В количественном отношении
суммарный объем водоотведсния в поверхностные водные объекты уменьшился
на 33 млн. м (в 1997 г. — на 19 млн. м ) и составил 921 млн. м3. В структуре
сброса преобладали загрязненные сточные воды G3,4 %), из них большую
часть составляли недостаточно очищенные воды, значительным был и объем
неочищенных вод 15,2 % (в 1997 г. — 16,5 %).
Несмотря на то, что в предыдущие годы спад производства сопровождался
сокращением выбросов вредных веществ в атмосферу и сброса загрязненных
сточных вод в водоемы заметного улучшения экологической обстановки в
крупных металлургических центрах России не наблюдается. Основными
загрязнителями поверхностных вод по-прежнему остаются АО «Новолипецкий метал-
Таблица 5.8
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ, млн. м5
Показатели
Забрано воды из водных объектов, всего
в т.ч. из подземных источников
Использовано свежей воды, всего:
морской
пресной
Использовано пресной воды на нужды:
хозяйственно-питьевые
производственные
орошения
сельскохозяйственного водоснабжения
Сброшено сточных, шахтно-рудничных
и коллекторно-дренажных вод в
поверхностные водные объекты, всего:
в т.ч. нормативно-чистых
требующих очистки
из них:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и
повторно-последовательного
водоснабжения
Суммарный расход на цели
водоснабжения
Мощность очистных сооружений, всего
в т.ч. перед сбросом в водные объекты
1999 г.
1659
401
1160
7
1153
208
919
1,4
1,2
894
179
715
204
495
16
16995
18155
1189
1IT7
2000 г.
1701,5
470
1166
6
1160
194
946
1,2
1,2
921
149
772
232
523
17
П781
18947
1202
1192
Прирост за 5 лет
млн. м
-59,5
12
-224
0
-224
-87
-88
0
-1,3
-52
-56
4
74
-24
-46
934
710
-313
-315
%
-3
3
-16
-12
-16
-31
-8,5
21,3
-52
-5
-27
0,5
47
-4
-73
5,5
4
-21
-21
447

лургический комбинат» A5,6 % отраслевого сброса загрязненных сточных вод,
в 1997 г. — 16,6 %); АО «Магнитогорский металлургический комбинат» A0,6
и 14,9 %); АО «Ковдорский горно-обогатительный комбинат» F,3 и 4,2 %);
АО «Нижнетагильский металлургический комбинат» C,6 и 7,9 %); АО
«Северсталь» B,2 и 5,4 %). На долю этих предприятий приходится 3,8 % (в 1997 г.
— 4,6 %) общего сброса загрязненных сточных вод промышленностью РФ.
В 2000 г. объемы использования свежей воды незначительно (на 3 %)
увеличились (табл. 5.8). Расходы воды в системах оборотного и
повторно-последовательного водоснабжения сокращались в течение 1996-1998 гг., но в 1999 и
2000 гг. выросли на 4,5 и 4,6 %. Экономия свежей воды за счет использования
этих систем сохранилась на уровне 94-95 %. (почти на 15 % выше среднего
показателя в промышленности Российской Федерации).
В структуре отраслевого сброса преобладают загрязненные (главным
образом недостаточно очищенные) сточные воды (в 1998 г. •— 73,4 %, в 1999 г. —
Таблица 5.9
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ, млн. м3
Показатели
Забрано воды из водных объектов, всего
в т.ч. из подземных источников
Использовано свежей воды, всего:
в т.ч. морской
пресной
Использовано пресной воды на .нужды:
хозя йствен но-питьевые
производственные
орошения
сельскохозяйственного водоснабжения
Сброшено сточных, шахгно-рудничных
и коллекторно-дренажных вод в
поверхностные водные объекты, всего:
в т.ч. нормативно-чистых
требующих очистки
из них:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
пормативно-очищенн ых
Расход в системах оборотшго и
повторно-последовательного
водоснабжения
Мощность очистных сооружений, всего
в т.ч. перед сбросом в водные объекты
2001 г.
1685
436
1141
5,7
1135
186
928
1,22
1,16
869
100
769
256
496
17
17684
1175
L166
2002 г.
1635
406
1082
4,95
1077
171
840
1,24
0,45
808
102
706
211
475
20
17654
1221
1210
Прирост за 2002 г.
млн. м
-50
-30
-59
-0,75
-58
-15
-88
0,02
-0,71
-61
2
-63
-45
-21
3
~зо
46
44
%
-3
-7
-5
-13
-5
-8
-9,5
1,6
-61
-7
2
~8
-17,5
-А2
17,6
-0,2
3,9
448

78,2 %, в 2000 г. — 82 %), доля нормативно - чистых в 1999 г. составила 20 %,
в 2000 г. — 16,2 %, нормативно-очищенных — соответственно 1,8 и 1 8 %!
Крупнейшими источниками загрязнения водных ресурсов в отрасли в 2000 г.
являлись следующие предприятия: ОАО «Новолипецкий металлургический
комбинат» (объем сброса загрязненных сточных вод — 117,55 млн. м3), ОАО
«Магниторский металлургический комбинат» D5,73 млн. м3), АО «Ковдорс-
кий ГОК», Мурманская область E3,31 млн. м3), ОАО, «Северсталь» C2,49 млн.
м ), ОАО «Металлургический завод», г. ЧусовоЙ, Пермская область B6,31 млн.
м3), АО «Нижнетагильский металлургический комбинат» B5,84 млн. м3), ОАО
«Златоустовский металлургический комбинат», г. Златоуст, Челябинская
область B3,29 млн. м3), ОАО «Саткинский металлургический комбинат», г. Сат-
ка, Челябинская область B0,81 млн. м).
Основные показатели использования воды в черной металлургии б 2001-
2003 гг. представлены в табл. 5.9,5.10.
Таблица 5.10
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ, млн. м3
Показатели
Забрано воды из водных объектов, всего
в т.ч. из подземных источников
Использовано свежей воды, всего:
Использовано пресной воды на нужды:
хозяйственно-питьевые
производственные
орошения
сельскохозяйственного водоснабжения
Сброшено сточных, шахлю-рудничиш
и галлекгорно-дреиажных вод в
поверхностные водные объекты, всего:
в т.ч. нормативно-чистых
требующих очистки
из них:
сброшено без очистки и
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах абортного и
"овторно-последователыюго
-5атоибжения
2002 г.
1635
406
1082
171
845
1,24
0,45
808
102
706
686
20
17654
2003 г.
1427
390
1031
163
849
1,23
0,25
747
100
647
628
19
17474
Прирост за 2W3 г.
МЛН.М3
-208
-16
-51
-8
4
-0,01
-0,2
-61
-2
-59
-58
_1
-180
%
-12,7
-А
-АЛ
-4,7
0,5
-0,8
-44
-7,5
2
-8,4
-8,5
-0,05
-1
5.2.
ОБРАЗОВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД
„ в различных тех-
Вода на предприятиях черной металлургии использует: ^ ^ 5 п
нологических операциях, основные из которых представ
449

Таблица5.11
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДЫ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Производство, основной технологический процесс,
оборудование
Целевое назначение поди
Карьеры, вскрышные работы:
производственные нужды автобаз,
ремонтных мастерских
рудники (шахты):
бурение, взрывание, крепление, погрузка и
доставка горной массы на поверхность
ремонтно-механические мастерские и
железнодорожное депо
|Дро6нльно-сортировочные фабрики;
дробление, грохочение, сортировка горной
массы
[Обогатительные фабрики руд и нерудных
ископаемых:
дробление, грохочение, измельчение,
гравитация, сепарация, восстановительное
обжигмагнитное обогащение, флотация
{дробилки, сушильные печи, шаровые
мельницы)
Фабрики окатышей:
увеличение размера гранул (аппараты-
окомкователи, грануляторы), термическая
обработка {обжиг, сушка)
/. Горно-рудпое производство
Гидромониторы, гидротранспорт
Смыв оборудования, машин, орошение горной
массы в карьерах и на отвалах, поливка дорог
.Окусковывание железосодержащих
материалов (спекательные машины)
[Орошение компрессорного, подъемно-
|трапспортного и вентиляционного оборудования,
[гидрообеспьшиванпе, поливка дорог
[Мытье машин, транспорта
Промывка ископаемых, гидрообеспыливанис,
[охлаждение оборудования, охлаждение масляного
[хозяйства, мокрая уборка помещений
Промывка руды и нерудных ископаемых,
приготовление растворов флотационных реагентов
и пульпы. Среда для поглащения и
[транспортировки шламов, охлаждение
оборудования, обеспыливание
Гидротранспорт, охлаждение узлов машин,
|агрегатов, гидрообеспыливание, воздухоочистка,
мойка полов
11. Агломерационное производство
[Охлаждение и гидроуплотнение оборудования,
гидрообеспыливание, гидротранспорт пыли из
пылевых мешков, газоочисток и уборка помещения,
«взмучивание» осадков, увлажнение шихты,
[охлаждение возврата и агломерата, очистка газов
Ш. Коксохимическое производство
Узел конечного охлаждения газа
Холодильники серной кислоты
Ванна пекового транспортера
смолоперерабатывающего цеха
Тушение кокса {тушильная башня)
Охлаждение газа
Охлаждение серной кислоты
[Охлаждение и грануляция пека
Гидросмыв, очистка воздуха
IV. Производство черных металлов
Доменное производство (доменные печи)
аспирация подбункерных помещений и
эстакад, грануляция доменных шлаков
разливочные машины (мульды, конватер)
Прямое восстановление металла (реторы,
, шахтные печи, вращающиеся печи)
Охлаждение агрегатов, оборудования
[Мойка полов, очистка воздуха
размыв шлакового расплава на гранулы,
[охлаждение гранулята, очистка пара, очистка и
охлаждение оборудования
Охлаждение продукции и оборудования
[Охлаждение оборудования, очистка воздуха,
гидротранспорт
450

Продолжение табл. 5.12
Производство, основной технологический процесс,
оборудование
Целевое назначение воды
V. Сталеплавильное производство
Мартеновские цеха (мартеновские печи)
Кислородно-конвекторные цеха (конвертор)
Электросталеплавильные цеха (печи, зажимы,
сводовое кольцо, экономайзеры)
Машины непрерывного литья заготовок
Охлаждение оборудования, очистка газа, поливка
рабочей площадки, заливка шлака
Охлавделие агрегатов, оборудования и охлаждение
газов, очистка газов, поливка полов
Охлаждение элементов печи, очистка газов
Охлаждение машин, кристаллизаторов, вторичное
охлаждение
VI. Ферросплавное производство
Выплавка сплавов (печи, разливочные
машины, камеры вакуумирования, узлы
шихтоподготовки)
Охлаждение оборудования, газоочистка.
гидроуборка
VII Прокатное и трубопрокатное производство
Цеха горячего проката:
подготовительные участки
прокат (вращающиеся валки,
нагревательные печи)
отделочные операции (резка, правка)
Цеха холодного проката:
узлы подготовки, очистка механическая,
химическая (травление)
узел снятия напряжения (колпаковые.
электрические печи)
Трубопрокатные цеха
травление (травильные агрегаты)
Охлаждение оборудования
Охлаждение валков, уборка помещения
Охлаждение продукта, инструмента, оборудования,
гидросбив, гидросмыв окалины, i-идротранспорт
Удаление окалины
Приготовление технологических растворов,
промывные воды
Охлаждение оборудования, приготовление
смазочных, охлаждающих жидкостей
Прштловление технологических растворов,
промывные воды
VIII. Вспомогательные производства
Энергетика
Транспорт
Ремонтио-мсханические цеха
Получение пара, горячей воды
Охлаждение, мойка, ремонт
Охлаждение, мойка, нанесение покрытий
Стоки предприятий черной металлургии содеркат большое количество
загрязнений. Нерастворимые примеси (твердые частицы оксидов, железа,
пустой породы, угля и др.) и органические загрязнители (масла, нефтепродукты,
смолы и др.) поступают с горно-рудного, доменного, сталеплавильного,
прокатного переделов, коксохимического производства, аглофабрик, а также от
энергетического, транспортного и ремонтно-механического хозяйств.
Растворимые примеси (неорганические соли, кислоты, щелочи, органические
вещества) поступают от процессов обработки поверхности металла,
коксохимического и доменного производств, теплосиловых установок и др.
451

ХАРАКТЕРИСТИКА ИСТОЧНИКОВ ОБРАЗОВАНИЯ
ВЫСОКОМИНЕРАЛИЗОВАННЬГХ ВОД
Таблица 5.12
Источник образования
высокоминерализованных вод
Химическая водоочистка
Продуктов котлов
Травильные отделения
Обезжирование
Выщелачивание в
технологических процессах
Упаривание
Прочие
Всего
Количество
минерализованных вод, млн м3/год
12,3
4,9
10,3
2
1938,5
—
3,3
1971,3
Количество
солен, тыс. т/]\>д
146
27.9
57.4
10,3
30,8
102,5
13,1
387,9
Состав солевых компонента
(основных)
NaCl.CaCliMgClz
NaCl, Na2S04, NaOH, NajrU,
Ыа2СО,
CaS04, NaCl
Na,P04,Na2CO],NaOH
CaSO4,NaCl,Na2S04
CaSO.. NaCl, Na;S04
Na2S04, NaNOj
Отдельно рассмотрим образование сточных вод на различных переделах. На
предприятии черной металлургии образуется определенное количество
высокоминерализованных сточных вод, источники, образования которых указаны
в табл. 5.12.
5.2.1. Сточные воды горнорудных предприятий
Сточные воды рудников представляют собой грунтовые рудничного
водоотлива, которые поступают обычно из трещиноватых пород открытых или
закрытых подземных выработок. Исходный состав рудничных вод зависит от стр0.
ения грунта и горизонта водозабора.
Протекая на большом расстоянии по выработкам, эти воды увлекшот с собой
отходы производства, а также бытовые отбросы, вследствие чего они
содержат, кроме минеральных солей, также и органические загрязнения. Этим
объясняется высокая окисляемость этих вод (до 12 мг/дм3 02 и более), число
колоний достигает 30000 в 1 см3. Содержание взвешенных веществ в них при вц.
даче на поверхность составляет от 300 до 3000 мг/дм3, а иногда и более. Ха.
рактерным для рудничных вод является большая дисперсность взвешенных в
них веществ, в результате чего последние медленно осаждаются.
Рудничные воды содержат большое количество растворенного желез — ^
0,1 до 3,8 и даже 12-30 мг/дм3, вследствие чего вода приобретает красно-бу,
руго окраску. Часто в рудничных водах содержится много сульфатов, ос нао
при наличии пиритных пород.
Сухой остаток рудничных вод криворожских рудников составляе1^H
до 120000 мг/дм3 при высоком содержании в растворе хлоридов (до 7 Мг/
дм3), сульфатов (до 1770 мг/дм3), а также калия и натрия (в сумме от д0
50000 мг/дм3). Отмечается повышенное содержание ионов кальция (.Д S
452

мг/дм3) и магния (до 2675 мг/дм3), общая жесткость воды составляет от 25 до
352 мг-экв/дм3 (в среднем от 35 до 70 мг-экв/дм3), при этом карбонатная
жесткость составляет всего 4,5-5,5 мг-экв/дм3.
Концентрация водородных ионов рН колеблется в рудничных водах от 5,2
до 9,2; содержание свободной углекислоты достигает 10-30 мг/дм . Сброс
рудничных вод без очистки в водоем загрязняет его (резкое изменение окраски), в
то же время эти воды после их осветления могут быть повторно использованы
при обогащении руды промывкой.
Количество сточных вод рудопромывочных фабрики равно примерло
количеству потребляемой воды и составляет в среднем около 7 м на 1 т
промываемой руды с колебанием от 5 до 8,5 м\ Лишь небольшая часть воды (до 12-
15 %) теряется на смачивание руды и другие нужды. Однако объем сточной
жидкости (пульпы) остается примерно равным объему воды, поступившей на
фабрику, за счет поступающих в воду взвешенных веществ. Со сточной водой
уходит большое количество глины, песка, пустой породы и малоценной руды
(хвосты).
Поступающая в сток вода (пульпа) содержит твердых веществ (примесей)
по отношению к жидкости (воде), по данным Магнитогорской
обогатительной фабрики, примерно как 1: 12 с колебанием от 1 : 1 до 1 : 35. Объемная
масса шламов, считая на сухой шлам, составляет от 1,2 до 1,6 т/м (в среднем
1,3 т/м ); плотность этих шламов 2,7-3,7 т/м3, средняя 3,15 т/м3. Стоки
промывочных вод по химическому составу, как правило, безвредны. Органические и
токсические вещества в них обычно отсутствуют. Водоснабжение
рудопромывочных фабрик — оборотное с предварительным осветлением воды в шламо-
накопителях.
Сточные воды рудообогатительных фабрик с обогащением железных и
марганцевых руд промывкой и флотацией делят на два вида: от промывки,
загрязненные только взвешенными примесями, не содержащие флотореаген-
тов, и от флотации, загрязненные взвешенными примесями и реагентами
флотации. Количество сточных вод от флотации меньше, чем от промывки руды;
поступление их обычно равномерное.
Сточные воды из первичных сгустителей (от промывки) содержат
механические загрязнения до 30 г/дм3, в том числе 67 % песка, 16 % марганцевых
соединений и 17 % глины. Сток от последующих этапов обогащения руды
содержит механические примеси до 120 г/л, в том числе 70 % песка, 20 % шины
и 10 % марганцевых соединений. В этих стоках содержатся также флотореа-
генты: окисленный уайт-спирит ФР-3 или окисленный керосин @,06 г/дм3),
сода и сульфатное мыло в растворенном виде.
Водное хозяйство фабрики окатышей. Улавливание пыли при
производстве окатышей осуществляется в системах газоочистки, удаление уловленной
пыли — гидротранспортом. Фабрики окатышей расположены на горно-обога-
453

Гидротранспорт
пыли из
аспирационной
системы
Гидрообеспыливание /|Х
увлажнение шихты
1
Ос
WW
Гидротранспорт
пьши из
газоочисток
Ос '
Рис. 5.1. Схема водоснабжения фабрики окатышей: / — насос; 2 — градирня; 3 — отстойник; 4—
конвейер; 5 — вакуум-фильтр (Ос — осветленная вола; 3 — загрязненная вода; Уч — условно чистая
вода; Шп — шламовая вода)
тительных комбинатах и имеют с ними общую систему водного хозяйства с
использованием хвостохранилищ (рис. 5.1).
По характеру использования и степени загрязнения производственные воды
фабрики следует разделить на две основные группы: условно чистую воду и
загрязненные стоки.
Условно чистая вода, используемая для охлаждения различных узлов
обжиговых машин, эксгаустеров, холодильников горна, дымососов, уплотнение
сальников шламовых насосов, гидрообеспыливание и др. Здесь вода только
нагревается, после охлаждения может повторно использоваться. Расход воды
составляет 75-80 % общего расхода по фабрике. Загрязненные стоки образуются
в результате смыва и транспортировки пыли из газа и воздухоочистительных
аппаратов, мокрой уборки помещений, просыпи из обжиговых машин. Эти
стоки после очистки могут быть повторно использованы с той же целью. Часть
воды в процессе ее использования теряется безвозвратно: при увлажнении
шихты в смесительных барабанах и сырых окатышей в окомкователях, при
гидрообеспыливании, охлаждении возврата, готовой продукции и
охлаждении воды в 1радирнях.
По составу и количеству образующихся сточных вод фабрики окомкования
мало отличаются от агломерационных производств.
Удельный расход воды на фабриках по производству окатышей составляет
5 3-17,0 м3 на 1 т продукции, в том числе условно чистой воды (на охлаждение
оборудования) 3,5-7,4 м /т, загрязненной (на гидротранспорт и гидроуборку)
1 8_9,6 м3/т, безвозвратные потери (на увлажнение шихтовых материалов, гид-
454

рообеспыливание, испарение и др.) 0,18-0,43 м3/т. Общий расход сточных вод,
образующихся на современных фабриках окомкования, достигает 5000 м /ч, в
том числе загрязненных 2000 м3/ч. Концентрация взвещанных веществ
достигает 1800 мг/дм3. Удельное количество механических примесей, поступающих
в сточные воды, составляет 30-40 кг на 1 т окатышей. Крупность взвешенных
частиц — менее 300 мкм. Количество таких частиц составляет 99 % от общего
содержания взвеси. Из них 30 % имеют размер менее 50 мкм, в том числе 5 %
менее 5 мкм. Плотность взвеси составляет 4,0 г/см3.
Сточные воды углеобогатительных фабрик. Углеобогатительные
фабрики бывают трех типов: с мойкой угля, количество стоков от 0,6 до 0,25 м на 1 т
рядового угля; с мойкой угля и флотацией шлама, количество стоков от 0,09 до
0,3 м на 1 т рядового угля; с мойкой угля и флотацией шлама и пыли,
количество стоков от 0,15 до 0,4 м3 на 1 т рядового угля.
Сточные воды углемоек по своему составу непостоянны. Они содержат
механические примеси в количестве от 50 до 80 г/дм3, в виде частичек земли,
породы, угля и др.
Эти воды темно-бурого цвета, без запаха, поступление их равномерное. В
оборотной воде углемоек непрерывно увеличивается концентрация
растворимых солей, главным образом хлористого натрия и сернокислых соединений.
5.2.2. Агломерационное производство
При производстве агломерата образуются условно чистые и загрязненные
сточные воды. Первые поступают от охлаждения оборудования. Количество
их составляет 0,7-1,7 м3 на 1 т агломерата. Загрязненные сточные воды
образуются от очистки газов и гидроуборки помещений. Количество их составляет
4,2-7,1 м на 1 т агломерата (табл. 5.13).
Количество сточных вод аглофабрик составляет 50-60 % количества
потребляемой воды, или около 0,5-0,6 м на 1 т агломерата. Поступление воды
обычно равномерно. Концентрацию взвешенных веществ в общем стоке
агломерационных фабрик устанавливается в результате расчета. Для ориентировочных
расчетов, следует концетрацию этих веществ принимать в пределах 13-20 г/
дм . Состав сточных вод аглофабрик зависит от состава шихты, идущей на
спекание, наличия мокрой очистки газов от агломерационных машин и
обжиговых печей известняка.
Основным видом загрязнений является рудная и известняковая пыль. При
контакте воды со шламом происходит выщелачивание извести и других
компонентов, в результате чего солевой состав сточных вод претерпевает
значительные изменения. Исследования показали, что рН воды возрастает с 7,5 до
12-13, щелочность с 1,3-3,6 до 21-22 мг-экв/дм3 в том числе гидратная от
нуля до 17 мг-экв/дм3. Возрастает также содержание хлоридов и сульфидов.
455

Таблица 5.13
ПРИМЕРНАЯ БАЛАНСОВАЯ СХЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДЫ В ЗАМКНУТОМ
__ ЦИКЛЕ НА АГЛОМЕРАЦИОННОЙ ФАБРИКЕ
Процесс
Охлаждение оборудования
(чистый цикл)
Гидротранспорт пыли и
газоочистка (грязный цикл)
Увлажвеше шихты
Охлаждение возврата
агаомерата
Гидрообеспыливание
Всего
*При механическом обезвода
1>
3,1
4,6
0,04
0,16
0,10
8,0
!ван™
Температурный
перепад, °С
10
7
—
—
—
—
шлама
Безвозвратное потребление и потери
воды. (ы3/тУ%
в
производстве
-
-
0.04
100
0J6
100
OJ0
100
3,75
и возвр
на испарение
ОМ
1,5
ОМ
1,0
—
-
—
О.10
1,25
атефш
на капельный
унос
0.01
0,3
0.01
0,3
—
—
—
0.02
0,25
тьтрата
I
1
о
-
0.03
0,7
—
-
—
0.03
0,35
1
0.06
1,8
ОМ
2,0
0.04
100
!Ш
100
sua
100
ом
5,6
!
J
1,0
JLP5
1,0
-
-
-
1,0
в оборотный цикл.
Расход поды на
подпитку, м3/?
i
0,09
-
0,04
-
-
0,13
8
Р
1
-
0,14
-
0,16
0,10
0,40
|
0,09
0,14
0,04
0,16
одо
0,53
Наличие в сточных водах активной извести делает оборотную воду
нестабильной и увеличивает возможность зарастания трубопроводов и лотков солями
карбоната кальция. Количество образующихся в агломерационном
производстве шламов, для ориентировочных расчетов, в условиях оборотного
водоснабжения можно принимать в пределах 60-80 кг на 1 т агломерата, или 6-7 % от
производительности агломерационной фабрики.
Наличие в сточных водах активной извести делает оборотную воду
нестабильной, что обусловливает возможность зарастания трубопроводов и лотков
солями карбоната кальция.
Сточные воды от скрубберов мокрой очистки газа характеризуются
пониженной щелочностью отходящей от них воды, что обусловлено поглощением
сернистых соединений, содержащихся в агломерационных газах.
Удельное количество сточных вод на коксохимических заводах колеблется в
значительных пределах (табл. 5.14). Также непостоянны их состав и
концентрация загрязнений.
Общее количество сточных вод коксохимического производства при
оборотной системе водоснабжения составляет 0,35-0,38 м3 на 1 т кокса.
Удельное количество образующихся сточных вод на коксохимических
предприятиях с полным циклом улавливания и переработки химических
продуктов коксования составляет 0,4- 0,5 м3 на тонну сухого валового кокса.
456

Таблица 5.14
УДЕЛЬНОЕ КОЛИЧЕСТВО СТОЧНЫХ ВОД КОКСОХИМИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ
Процесс
Промывка угля
Тушение кокса
Очистка газа от сероводорода методом:
вакуум-карбонатным
мышьяково-содовым
Ректификация:
бензола
смолы
Количество сточных вод, м3 на 1 т кокса
0,4-0,6
2,5-3,5
0,2-0,3*
3-7
0,006
0,002
* Цифры приведены на 1 т уловленного сероводорода.
Количество отдельных составляющих общего фенольного стока (в м3 на 1 т
сухого валового кокса):
Избыточная надсмольная аммиачная вода 0,182
Сточная вода сульфатного отделения 0,007
Сепараторная вода бензольного отделения 0,058
Продувочные воды цикла конечного охлаждения
коксового газа 0,047 @,073)*
Сепараторные воды переработки (ректификации)
сырого бензола 0,014
Продувочные воды цикла первичных
холодильников пекококсового производства 0,012 @,009)*
Продувочные воды оборотного цикла пекового
транспортера 0,012@,009)*
Конденсат газопроводов 0,042
* По разным источникам.
Прочие источники: аварийные переливы из хранилищ избыточной надсмоль-
ной воды, цикла газосборника, конденсат из гидрозатворов и т.п. —
принимаются до 10 % от суммы основных источников фенольиой сточной воды.
Примерный состав загрязнений сточных вод отдельных цехов
коксохимических заводов приведен в табл. 5.15.
Сточные воды при тушении кокса. Количество сточных вод от тушения
кокса под башней составляет 0,35-0,40 м /г валового кокса.
Сточные воды тушения кокса содержат взвешенных веществ (в основном
мелкие кусочки кокса) 6-7 г/дм3 и в конце тушения 0,02 г/дм . В стачных водах
содержатся некоторое количество аммиака, хлоридов, а также следы фенола.
Кокс под башней на всех коксохимических заводах тушат очищенными и фе-
нольными водами, для чего применяют оборотную систему водоснабжения.
Потери воды в замкнутом цикле тушения восполняются очищенной, но еще
457

458

Таблица 5.16
ДАННЫЕ О ФЕНОЛЬНЫХ СТОЧНЫХ ВОДАХ СОВРЕМЕННОГО
КОКСОХИМИЧЕСКОГО ЗАВОДА
Сточные воды
Конденсат из газопровода
От освежения оборотной воды цикла конечных газовых.
холодильников
Сепаратная вода бензольного отделения
Сепаратная вода цеха ректификации
От освежения оборотной воды цикла первичного холодильника
пекококсовой установки
Избыток ндделюльиой воды отделения конденсации и
сепараторная вода смолоперегонного цеха (после аммиачной
колонны и паровой обесфеноливающей установки)
Количество
СТОЧНЫХ
вод, ы3/ч
18
20
25
6
5
78
Концентрация
фенолов в сточной
Воде, мг/дм3
500
1000
300
300
20
200
Таблица 5.17
СОСТАВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ОЧИСТКИ ДОМЕННОГО ГАЗА
Характеристика
Цвет
Запах, балл
Прозрачность по шрифту, см
Взвешенные вещества, г/дм3
рН
Жесткость общая, мг-экв/дм2
Жесткость карбонатная, мг-
экв/дм5
Плотный остаток, г/дм3
CT.iW
SO,2", г/дм5
HCOj", rW
СаО, г/дм1
MjO, г/дм5
Si02, г/дм3
COi связан., г/дм3
СОз свободы., г/дм3
С02 агрессивн, г/дм3
Окисляемость, г/дм3 Оа:
в натуральн. воде
в фильтров, воде
Цианиды, г/дм3
Аммиак, г/дм3
При выплавке передельного и
штейвдго чугуна
вода
поступающая
Бесцветная
0
12
0,033
7,7
3,5
2,4
0,22
0,034
0,013
_
0,063
0,012
0,011
0,055
—
0
0,009
0,009
—
—
вода после
газоочистки
Красно-бурая
4
1
2,065
8,1
4,9
3,64
0,478
0,055
0,028
0,233
0,078
0,016
0,013
0,801
0,202
0-0,01
37
0,01
0-0,015
При выплавке
вода
поступающая
Слабо-серая
—
—
0,168
'—
2
—
—
2,595
0,263
2,922
0,014
0,02
0,122
—
—
—
0,022
ферромарганца
вода после
газоочистки
Темно-серая
—
—
1,608
—
1,1
—
—
2,391
0,288
3,388
0,013
0,008
0,16
'
—
0,028
0,127
459

содержащей некоторое количество фенола, смолы и других загрязнений.
Осадок из отстойников используют как топливо для котлов.
Сточные воды от флотации угля содержат до 100-150 г/дм мелких частиц
пустой породы и некоторое количество угля. Кроме того, в сток поступает вода
флотационных машин, которая содержит также флотореагенты (керосин,
спирт). Количество сточных вод от флотации меньше, чем от промывки уайт-
угля. Улавливаемый из сточных вод осадок может быть использован в
качестве топлива. Для нужд обогатительных фабрик подается техническая и
частично нагретая (оборотная) вода. Использование нагретой воды улучшает
технологию обогащения и наряду с этим создает благоприятные условия работы
оборотного водоснабжения.
Сточные воды коксохимических заводов. На коксохимическом заводе
образуются два основных вида загрязненных сточных вод — от химических цехов
и от тушения кокса.
Фенольные сточные воды от химических цехов разделяют на
концентрированные, из которых извлекают аммиак и фенолы, и малоконцентрированные.
Те и другие сточные воды подвергают механической, а затем (на большинстве
заводов) и биохимической очистке, после чего используют на тушение кокса
под башней. Данные о феиольных сточных водах приведены в табл. 5.16.
На современном коксохимическом заводе из шести батарей с печами
большой емкости общее количество фенольных сточных вод составляет 150-170 м /
ч, или 0,25-0,3 м на 1 т шихты.
Количество фенольных сточных вод от цехов современного типового
коксохимического завода и средние концентрации в них фенолов при наличии
паровой феноливающей установки приведены в табл. 5.17.
5.2.4. Доменное производство
В доменном производстве сточные воды поступают от охлаждения
оборудования, очистки газов, гидроуборки подбункерных помещений, от
разливочных машин и переработки шлака.
Сточные воды от охлаждения оборудования являются условно чистыми.
Количество их при водяном охлаждении составляет 15-20 м3 на 1 т
выплавляемого чугуна, при испарительном охлаждении 5-10 м3. Температурный
перепад составляет 7-8 °С.
Сточная вода после газоочистки окрашена в красно-бурый, темно-серый или
коричневый цвет. Температура отходящей воды обычно порядка 45-550 "С.
Количество сточных вод составляет 4-6 м3 на 1000 м3 очищаемого газа, или
около 20 м3 на 1 чугуна. Для сточной воды, отходящей от газоочистки,
характерно высокое содержание взвешенных веществ за счет частиц пыли,
попадающих из газа в воду, количество которых колеблется от 500 до 4000 мг/дм3 илИ
460

в среднем при работе печей с нормальным давлением 2900 мг/дм3, а при
повышенном до 170 кН/м2 A,7 кгс/см2) 1000 мг/дм3.
С повышением давления дутья под колошником доменной печи, а также при
обогащении воздуха кислородом и природным газом количество выносимой
доменным газом пыли и крупность ее частиц уменьшаются. Соответственно
снижаются концентрация и крупность частиц взвешенных веществ в сточной
воде от газоочистки.
Газ доменных печей, выплавляющих ферромарганец, отличается от газа
доменных печей, выплавляющих передельный или литейный чугун, еще
большим содержанием пыли, дисперсностью и химическим составом.
Соответственно отличаются и сточные воды.
Примерный состав сточных вод установок очистки доменного газа
приведен в табл. 5.18.
При проектировании водоочистных сооружений концентрацию взвешенных
веществ в сточной воде доменной газоочистки при выплавке передельного и
литейного чугунов следует принимать 1500 мг/дм3 при выплавке
ферросилиция и ферромарганца 2500 мг/дм3. В сточных водах от газоочисток при
выплавке передельного и литейных чугунов взвесь в воде крупностью 0,014), 1 мм
составляет 85-90% и менее 0,01 мм 10-5 %; при выплавке ферромарганца
взвесь в воде крупностью 0,01 мм и меньше составляет 81 %.
Цианиды в сточных водах при выплавке передельного и литейного чугунов
состоят в основном из цианоферратов Fe(CNN, безвредных для водоема; при
выплавке ферромарганцевого чугуна в сточных водах от газоочистки
содержатся также нерастворимые цианиды (СН), которые являются вредными для
живых организмов, находящихся в водоеме.
Водоснабжение доменных газоочисток, как правило, только оборотное с
очисткой и охлаждением отработавшей воды.
Таблица 5.18
СОСТАВ И КОНЦЕНТРАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ВОДЫ В СИСТЕМЕ ОБОРОТНОГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ РАЗЛИВОЧНЫХ МАШИН
По
Температура, "С
Взвешенные вещества, мг/дм5
Жесткость общая, мг-экв/дм3
Щелочность, мг-экв/дм3:
о&щая
гидратная
Окисляемость, мг/дм3 Ог
Значение рН воды
Химический состав, ыг1рмъ СГ
Fe (общий), мг/дм3
Отработавшая
(сточная)
28^3
650-2000
27,8-35,7
22,8-28
0,4-1
30-40
10
64-J47
6-19
Сточная после
отстойника
23-38
80-300
25,2-32,4
19,3-23
0,4-0,8
28-36
10
46-76
1,2-1,4
Подаваемая
на машины
22,5-30,5
70-250
20,8-22
16,5-18,8
0,7-1,1
27-35
10
28-47
0,7-1
Добавляемая
в систему
12-18
20-55
3,9-4,1
2,8-3
—
6,6-7,1
7,5
13-28
0,1-0,2
461

При гидроуборке подбункерных помещений образуется 5,75-8,75 м3
сточных вод на 1 т чугуна или 260-340 м3 сточных вод на 1 т пыли. Содержание
взвешенных веществ в них составляет 2-3,5 г/дм . Гранулометрический
состав взвешенных веществ очень неравномерен и колеблется от частиц
крупностью 5 мм до субмикронных частиц.
Сточные воды от подбункерных помещений, установок грануляции
доменного шлака и разливочных машин. Сточные воды подбункерных
помещений. В настоящее время уборка осевшей пыли и просыпи в подбункерных
помещениях осуществляется гидравлическим способом, и, таким образом, в
подбункерных помещениях образуются сточные воды. Общее количество
сточных вод каждой доменной печи составляет 360 м3/ч, или до 2 м на I т
выплавленного чугуна. Сточная вода от подбункерных помещений загрязнена
механическими примесями — мелочью агломерата в виде кусочков руды, кокса,
известняка размером до 20-30 мм, а также пылью крупностью 0,25-0,005 мм.
Общая концентрация механических примесей в этой сточной воде в среднем
составляет 2 г/дм3 с повышением до 20 г/дм3. Водоснабжение подбункерных
помещений оборотное с осветлением воды в отстойнике.
Концентрация взвешенных веществ в воде для гидросмыва составляет
более 200 мг/дм3. Осадок из отстойника используется в шихте аглофабрики.
Сточные воды установок, грануляции доменного ишака. Оборотная вода
цикла грануляции шлака имеет щелочную реакцию и содержит окись кремния
(как в связанном, так и в свободном состоянии), кальций во многих видах
соединений: CaS04-2H20-Ca(OHJ, Ca(SHJ, CaS и СаС^, из которых два первые
обладают небольшой растворимостью, в результате чего выпадают из горячей
воды и откладываются в камере грануляции и по тракту движения
осветленной воды.
Сточные воды от разливочных машин содержат большое количество
взвешенных веществ и повышенное количество растворенных солей. В сток
вместе с водой поступают много недогашенной извести и шлама» осколки
застывшего чугуна, окалина, а также коксовая мелочь и 1рафит.
Примерный состав и концентрация загрязнений в сточной, оборотной и
добавочной водах приведены в табл. 5.18.
Водоснабжение разливочных машин оборотное; среднюю концентрацию
взвешенных веществ в сточной воде при расчете очистных сооружений
принимают 2000 мг/дм3.
5.2.5. Сточные воды сталеплавильных цехов
Сточные воды газоочисток мартеновских печей. Применение кислорода в
мартеновском производстве привело к необходимости очистки отходящих га-
462

зов, содержащих большое количество пыли (до 4 г/м3). Для очистки этих газов
применяют как сухие (электрофильтры), так и мокрые газоочистки.
При мокрой очистке газов образуются загрязненные механическими и
растворимыми примесями сточные воды, которые необходимо очищать с целью
возможности их сброса в водоем или повторного использования.
Расход воды на газоочистку составляет 0,3-0,8 м3 на 1000 м3 газа, что
соответствует расходу воды 1,6-4,2 м /т выплавляемой стали. При оборотном
водоснабжении газоочистки без охлаждения воды температура оборотной воды
устанавливается в пределах 60-65 °С при этом потери воды на испарение
составляют до 15 %, общего расхода воды. Средняя концентрация взвешенных
твердых веществ в сточной воде газоочистки составляет 3 г/дм и достигает
17 г/дм3.
В сточных водах поступающих от газоочистки, преобладают частицы
размером от 0,1 до 0,05 мм (до 76 %) и от 0,05 до 0,01 мм (до 22 %); частиц меньшего
размера содержится незначительное количество, что позволяет отнести
взвеси, содержащиеся в сточных водах газоочисток мартеновских печей, к
крупнодисперсным.
Концентрация взвешенных веществ в сточной воде газоочисток по
сравнению с исходной водой, по данным исследований института «ВНИПИчерметэ-
нергоочистка», увеличивается и значительно колеблется в различные периоды
плавки. Наименьшее количество взвешенных веществ в сточной воде
наблюдалось в период заправки—не более 180 мг/дм3, в период прогрева 200-600 мг/
дм3, в период заливки чугуна до 954 мг/дм3 и наибольшее количество
взвешенных веществ в сточной воде A0500-11700 мг/дм3) наблюдалось в периоды
плавления и доводки, когда осуществлялась продувка ванны кислородом.
Средние значения показателей качества, сточных вод газоочистки за
мартеновскими печами приведены ниже:
Температура, °С
Взвешенные вещества, мг/дм -•
Щелочность, мг-экв/дм ■■
Сульфаты, мг/дм3
Хлориды, мг/дм3
Общее солесодержание, мг/до«
Сухой остаток, мг/дм
Значение рН воды -
Количество сточных вод образующихся ог мокрой очистки газов
кислородных конверторов, зависит от способа отвода и очистки газов. Для очистки
1000 м3 отходящих газов при отводе их с дожиганием и утилизацией тепла
До газоочистки
30-35
150-200
3,6-3,8
50-60
30-40
300-320
350-500
7,9-8
После газоочистки
60-65
3000-17000
До нуля
185-192
80-90
До 1600
450-900
2,8-6,9
463

требуется 1-3 м воды, без утилизации тепла — до 8 м\ а при отводе газов без
дожигания — до 10-13 м3 воды.
Сточные воды конверторных цехов. При выплавке стали в конверторных
цехах с обогащением воздуха кислородом образуется 1200-1600 м3
отходящего газа на 1 т выплавляемой стали, содержащего в среднем 150 г/м3 мелкой
пыли (до 80 %, фракций размером менее 1 мкм), состоящей в основном из
окислов железа (до 98 %) окислов марганца, кремния и частично известковой
пыли.
Общее количество выносимой с отходящими газами пыли составляет 1-1,5 %
от массы выплавляемой стали.
Для очистки 1000 м3 отходящих газов мокрым способом требуется от 1-3 м3
воды при отводе газов с дожиганием содержащегося в них СО и утилизацией
тепла, до 8 м3 без утилизации тепла и до 10-13 м3 при отводе без дожигания и
утилизации тепла.
Сточные воды от очистки конверторного газа загрязнены взвешенными
твердыми частицами и растворимыми химическими веществами.
Состав и количество загрязнении зависят от схемы отводы и очистки
отходящих газов и технологического процесса (выплавки стали или
полупродукта) с изменением состава сточных вод по ходу плавки.
Предельные показатели количества и качества сточных вод конверторов
емкостью 100 т приведены ниже:
Расход воды на очистку 100 кг газа, м3 1-2,2
Средний расход сточных вод, ы?/ч 240-800
Содержание взвешенных веществ, мг/дм :
до газоочистки 145-600
после газоочистки 2800-20000
Щелочность, мг-экв/дм :
до газоочистки 1-5
после газоочистки 3-4]
Жесткость общая, мг-экв/дм3:
до газоочистки 4,3-20,6
после газоочистки 19-48
Значение рН:
до газоочистки 7,5-10,6
после газоочистки 7,6-12
Общее содержание соли в оборотной воде находится в пределах 1450-2600 мг/
дм3 при квнцентрации в исходной воде до 250 мг/дм3.
Осадок от сточных вод конверторной газоочистки характеризуется
следующим химическим составом: до 90-95 %Fe203; 1-2 % FeO; 2-4 % SiO ■ Ю 5 %
А1203; 0,1-0,5 % СаО; 0,05-0,1 % Р; 0,02-0,04 % S; 1-2 % Мп. Этот осадок
после обезвоживания направляют в аглофабрику и используют в шихте агло-
464

мера-га. Плотность его 3,5-4,5 т/м. Гранулометрический состав (крупность
фракций) осадка из сточных вод конверторной газоочистки колеблется в пре-
делах, приведенных ниже:
Крупность фракций
осадка, мм До 0,01 0,01-0,1 0,1-0,25 0,25-0,5 0,5-2 Более 2
Содержание,0/» 10-20 35-50 8-51 8-15 2-15 8-25
Сточные воды эпектростстеплавжъных цехов. При выплавке стали в
периодически действующих электрических печах отходящие газы содержат в
основном мелкую металлическую пыль. Схема очистки газа
электросталеплавильных печей аналогична схеме очистки конверторного газа.
При применении мокрой системы очистки отходящих газов электродуговой
печи удельный расход воды в зависимости от объема печи и системы
газоочистных аппаратов составляет от 1 до 4 м3 на 1000 м3 газа, или 1,5-6 м3/т
выплавляемой стали. Сточные воды газоочистки загрязнены мелкими взвешенными
веществами (примерно 50 % частиц крупностью до 0,002 мм и 25 % от 0,002
до 0,004 мм), а также растворенными в них химическими веществами. Состав
сточных вод зависит от состава шихты и работы газоочистных устройств и
меняется по ходу плавки.
Характеристика сточных вод газоочисток электропечей при выплавке
различных марок стали, приведена в табл. 5.19.
При выплавке в электропечах ферросплавов и мокрой очистки отходящих
газов расходуется 7-8 м3 воды на 1000 м3 газа. Содержание взвешенных веществ
колеблется в пределах 600-8000 мл/дм3 и в среднем составляет 2220 мг/дм3.
Таблица 5.19
ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД УСТАНОВОК ГАЗООЧИСТКИ
ЭЛЕКТТОСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ ПРИ ВЫПЛАВКЕ РАЗЛИЧНЫХ СТАЛЕЙ
Показатели
Щелочность (общая), мг-
экв/дм3
Кислотнсть, мг-экв/дм3
Жесткость, мг-экв/дм3
Сульфаты, мг/дм3
Фториды, мг/дм3
Хлориды, мг/дм5
Цианиды, мг/дм3
Железо общее, мг/дм3
Взвешенные вещества, мг/дм3
Сухой остаток, мг/дм3
Значение рН воды
* ЗМЗ — Златоустовский металл1
Нержавеющая
(«Днепро-
пецсталь»)
—
25
5,8
912
473
62,1
—
61,4
9000
3500
4,1
/ргический зав
Нержавеющая
(ЧМЗ)
60-66
—
7,8-8,1
960
98,4
670
30-51
—
1500
5000
8,5
зд.
Коррозион-
остойкая
(ЗМЗ)*
1,9
—
1,3
36,2
112
40
5000
558
8
Конструкционная
(Уралмашзавод)
—
"
5-10
100-130
120
~
1000
1200
2-
Трансфор-
аторная
(НЛМЗ)
4-6
6-9,5
800
28
7000
1500
7-8
465

Состав сточных вод весьма разнообразен и зависит от марки выплавляемого
ферросплава. Сточные воды содержат сульфаты, хлориды, кальций, магний,
натрий, кремний, а также цианиды и роданиды. Взвесь сточных вод
газоочисток трудно осаждается и для интенсификации процесса осаждения
применяют коагулянты и флокулянты.
5.2.6. Непрерывная разливка стали
При разливке стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ)
сточные воды поступают от охлаждения кристаллизаторов и от зоны вторичного
охлаждения. От охлаждения кристаллизаторов сточные воды поступают в
количестве 16-20 м3 на 1 т разливаемой стали. Для увеличения срока службы
кристаллизаторы охлаждаются умягченной водой с общей жесткостью не
более 1 мг-экв/дм . Вода в кристаллизаторах нагревается на 12-15 °С.
От зоны вторичного охлаждения МНЛЗ сточные воды поступают в
количестве 10-15 м3 на 1 т разливаемой стали. Они загрязнены окалиной и маслом.
Концентрация взвешенных веществ в них в среднем составляет 500 мг/дм
(максимальное значение 1500 мг/дм3). Концентрация масла достигает 50 мг/
дм3 при средних значениях 25-30 мг/дм3. При повторном использовании
осветленной воды остаточное содержание взвешенных веществ не должно
превышать 10 мг/дм3 масел — 5 мг/дм3.
5.2.7. Прокатное производство
Цехи горячей прокатки. Чистые сточные воды поступают от масло- л
воздухоохладителей, а также от нагревательных устройств. В зависимости от типа
прокатного стана количество сточной воды составляет 5-10 м3 на 1 т
прокатываемого металла. Вода нагревается всего на 3-5 °С.
Для охлаждения подшипников в прокатных станов требуется подача чистой
воды. Для этих целей целесообразно во избежание дебаланса воды в грязном
цикле подавать на подшипники воду грязного цикла, отфильтрованную на
напорных или безнапорных фильтрах.
Для охлаждения валков станов горячей прокатки, роликов, рольгангов и пи
обычно используют оборотную воду грязного цикла, прошедшую
двухступенчатую очистку в отстойниках и охлажденную в градирне. Нормальная
температура воды для потребителей прокатных цехов составляет 28-30 °С, а в
отдельных случаях может подниматься до 35-40 "С.
Сточные воды, поступающие от охлаждения подшипников и валков, а также
образующиеся после гидросбива и гидросмыва окалины, загрязнены
окалиной и маслом. Удельные количества загрязненных сточных вод колеблются в
широких пределах. Их значения для различных станов приведены в табл. 5.20.
466

Таблица 5.20
КОЛИЧЕСТВО И ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД
ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Тип прокатных стоков
Крупносортные (блюминг,
слябинг, непрерывно-
заготовочный)
Среднесортные
Листопрокатные
Мелкосортные и проволочные
Удельное
количество
сточных вод.
mVt
2,5-5,5
8-9
12-24
10-18
Содержание окалины
общее по массе
прокатываемого
металла, %
3
3
3-4
4
в сточных подах
перед первичными
отстойниками,
мг/дм3
1520-2100
570-1500
580-630
в сточных водах
после первичных
отстойников, Мг/Дм
200-320
115-300
80-300
60-70
Образующуюся окалину делят на крупную, оставшуюся в яме под станом
(крупностью более 10 мм); среднюю, вымываемую из ямы под станом и
уносимую водой по дну канала (крупностью 10 мм и менее), и мелкую
(крупностью менее 2 мм), находящуюся в воде во взвещенном состоянии. В среднем
количество всей окалины (в процентах по массе прокатываемого металла)
составляет для станов: заготовительных 3, мелкосортных 4, крупносортных 2,
проволочных 4, среднесортных 3.
Количество мелкой и средней окалины (по отношению к общему количеству
окалины), составляет для станов, %: заготовительных и крупносортных 10,
среднесортных и трубопрокатных 20, мелкосортных 30. Абсолютное
количество средней и мелкой окалины колеблется в зависимости от типа стана и
прокатываемого сорта металла: от крупносортных в пределах 0,6-2,5 г/дм ; от
среднесортных 0,6-1,5 г/дм3; от мелкосортных 0,2-0,65 г/дм ; от
листопрокатных и трубопрокатных до 0,3 г/дм3. Крупная окалина, как правило, улавлива-
егся в первичных отстойниках, расположенных в прокатных цехах. В среднем
содержание окалины в воде, поступающей во вторичные отстойники,
составляет до 0,6 г/дм3, в том числе от среднесортных и листопрокатных станов 0,3-
0,35 г/дм3, мелкосортных и трубопрокатных 0,06-0,18 г/дм .
Химический состав окалины не одинаков, и, по данным заводских
лаборатории в ней содержится: 33,5-65,5 % FeO; 6,28-26.9 % Fe203 " 0,5-1,6 %
нерастворимых в соляной кислоте веществ (угля, песка и т.п.). Кроме окалины,
сточные воды прокатных цехов содержат некоторое количество масел: в
среднем 30-40 мг/дм3 при установке на станах бронзовых вкладышей, до 10-30 мг/
дм3 текстолитовых. В сточных водах цехов прокатки тонкого листа и жести
концентрация масла составляет около 10 мг/дм.
В сточных водах трубопрокатных цехов содержание масла значительно
больше — от 38 до 170 мг/дм3. Исследования показали, что содержание масла в
467

оборотной воде до 10-50 мг/дм3 никаких осложнений в работе станов не
вызывает; наблюдается только отложение мелкой.
На метизных заводах, выпускающих проволоку, прутки, канаты, крепеж
характер загрязнений сточных вод аналогичен характеру стоков мелкосортных и
трубопрокатных цехов. Кроме сточных вод, загрязненных окалиной и маслом,
на метизных заводах образуется большое количество кислотосодержащих
сточных вод.
Цехи холодной прокатки. При холодной прокатке металла сточные воды
образующиеся от охлаждения оборудования, нагревательных агрегатов, масло-
и воздухоохладителей, не загрязняются, а только нагреваются на 5-8 °С.
Количество их составляет 25-30 м3 на 1 т прокатываемого металла.
Загрязненные сточные воды поступают от системы технологической смазки
валков и прокатываемого металла.
Б качестве технологических смазок применяют эмульсии или водные
растворы, называемые смазочно-охлаждающими жидкостями (СОЖ). В их состав
входят различные растительные или минеральные масла. Удельные расходы
СОЖ зависят от выпускаемой продукции и составляют, м /т: 4-6 — для
углеродистой стали, 8,5 — для жести и 15 — для трансформаторной стали.
При прокатке жести может применяться пальмовое масло или эмульсия (смесь
эмульсола, соды и воды).
При работе прокатное стана на пальмовом масле концентрация масла в
сточной воде достигает 200-300 мг/дм3.
СОЖ необходимо использовать многократно в замкнутой циркуляционной
системе. В процессе прокатки СОЖ загрязняются мельчайшими
механическими примесями, а также солями и кислотами, остающимися после
травления. Кроме того, СОЖ нагреваются на 10-15 °С. Основное количество
механических примесей (83-97 %) имеют размер частиц не более 2-4 мкм. Общее
количество содержащихся в СОЖ частиц составляет 200-650 мг/дм3.
5.2.8. Сточные воды, образующиеся при травлении
черных металлов
При обработке поверхности металлических изделий, покрытых окалиной и
ржавчиной, растворами кислот (главным образом, серной) образуются
сточные воды двух видов — собственно травления черных металлов в травильных
ваннах и промывки протравленных металлических изделий.
Первые являются, наиболее концентрированными и сбрасываются
периодически. На 1 т расходуемой кислоты получается около 10 м3 отработавших
растворов и от 100 до 400 м3 промывных вод (в среднем 200 м3). Промывные
ванны поступают непрерывно с коэффициентом часовой неравномерности 1,3-1,4.
468

Потери железа при травлении в кислотах составляют 0,5-1,0 % от массы
обрабатываемой стали. При травлении 1 т стали со средней удельной
поверхностью 100 mVt образуется минимум 5 кг железа в форме растворенных
солей. В отработавших травильных растворах и промывных водах содержится
так же свободная кислота.
Сточные воды травильных ванн. В начале работы воды травильных ванн
содержат 10-20 % кислоты, но в процессе травления концентрация раствора
постепенно снижается за счет образования железного купороса, хлорного или
азотнокислого железа и вместе с этим падает скорость процесса травления.
Отработанный раствор, требующий удаления, имеет температуру до 80 °С и
содержит обычно 30-110 г/дм3 свободной серной кислоты и 100-300 г/дм3
солей железа, В среднем получается 0,5 м3 концентрированных сточных вод на
1 т готовой продукции, которые выпускаются периодически при сливе ванны.
Сточные воды промывки травленных изделий. Промывные воды от обмотки
металла в серной кислоте содержат от 0,5 до 3 г/дм3 кислоты. Количество
промывных вод от травильных отделений в зависимости от вида обрабатываемых
изделий колеблется в широких пределах и в среднем составляет до 3 м на 1 т
обработанной (готовой) продукции.
Общий сток вод травильных отделений колеблется в зависимости от вида
обрабатываемых изделий; так, при отделке листовой стали, сток составляет
2,5-8,5 м3/т, в трубных цехах — от 2 до 30 м3/т; при отделке оцинкованных
труб 20-50 м3/т. Сток состоит в среднем из 10-15 % отработанных растворов и
90-85 % промывных вод. Основными загрязнениями общего стока являются:
взвешенные вещества до 0,4 г/дм3; железный купорос 5-30 г/дм"; свободная
серная кислота 0,5-1 г/дм3; железо 0,1-2 г/дм3; окисляемость общего стока
0,01-0,1 г/дм3 02; рН воды 4-8 (табл. 5.21).
Состав загрязнений сточных вод, образующихся при травлении черных
металлов, приведен в табл. 5.21-
Таблица 5.21
СОСТАВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ТРАВИЛЬНЫХ СТОКОВ
Характеристика сточных вод
Температуре, °С
Взвешенные вещества, г/дм3
Сульфаты, г/дм3
HjSOj, г/дм3
Хлориды, г/дм3
НС1, г/дм3
Fc2',rW
Отработанный травильный раствор
3D-100
1-5
85-180
3O-I20
15-85
5-30
50-140
Промывная вода
15-25
0,1-0,4
0,5-2,1
0,3-1,1
0,2-1,2
0,1-0,9
0,1-1,5
469

5.2.9. Метизные заводы
Метизными заводами выпускаются: стальная проволока —
низкоуглеродная, высокоуглеродистая и легированная; стальная лента разных марок и
сечений; калиброванный металл; стальные фасонные профили, крепежные
изделия; электроды; металлокорд; стальные канаты; сетки и др.
Основными производствами, потребляющими воду, являются сталепрово-
лочное, железопроволочное, холодной прокатки ленты, калибровочное,
крепежное и электродное. Вода в производстве расходуется: на подготовку
металла к последующей обработке; на обработку металла методом холодной или
горячей деформации; при термической обработке и нанесении покрытий. Кроме
того, вода потребляется: в крепежных производствах на промывку готовых
изделий перед нанесением на них консервационного слоя; в электродных
производствах при мойке и сортировке материалов; при приготовлении жидкого
стекла; промывке оборудования; мокрой уборке помещений и очистке
воздуха; при применении электроустановок, ламповых и высокочастотных
генераторов, индикаторов, ртутных выпрямителей, а также на охлаждение
оборудования.
Система водоснабжения оборотная. На каждом предприятии в зависимости
от состава основных производств принимается различное количество циклов
водоснабжения и сетей канализации: охлаждающей условно-чистой воды;
кислой нейтрализованной воды; загрязненной воды с очисткой воды от масла и
окалины; оборотной умягченной воды. Имеется также водопровод свежей
технической воды для восполнения потерь в системах оборотного
водоснабжения и потребителей с прямоточным использованием воды, а также
хозяйственно-противопожарный водопровод.
Обычно устраивается четыре сети канализации: кислотная, масло-окалино-
содсржащих стоков; бытовых стоков и дождевая.
Кроме общезаводских систем водоснабжения и канализации при отдельных
производствах могут быть локальные системы: оборотная с двухконтурным
охлаждением; оборотная для аппаратов мокрой очистки воздуха от
химических вредных веществ; оборотная с очисткой стоков от механических
примесей.
Для промывки металла в агрегатах гальванических покрытий,
заключительной промывки легированной проволоки после подготовки поверхности и в
некоторых других случаях применение нейтрализованной воды без обессоли-
вания недопустимо. Для оборотной системы с двухконтурным охлаждением
требуется вода дистиллированная или аналогичная ей (для охлаждения
электроустановок и другого оборудования). При необходимости производится
подщелачивайте оборотной, воды. В производстве электродной порошковой
проволоки и стальных фасонных профилей применяется оборотная вода с очист-
470

471

кой стоков от механических примесей. Требования к качеству воды в
отдельных циклах метизного производства приведены в табл. 5,22.
При обработке металла кислотой образуются стоки, содержащие свободную
и связанную серную кислоту, окалину и масла. Загрязненные стоки от
отделения электродной массы очищают в отстойнике и используют в замкнутом
цикле оборотного водоснабжения отдельно от других вод. В случае применения
ступенчатой промывки металла могут быть получены стоки с повышенным
содержанием селитры. При значительном количестве такого раствора он
может быть использован в сельском хозяйстве для удобрения. Сточные воды от
Таблица 5.23
СОСТАВ И КОНЦЕНТРАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ОБЩЕМ СТОКЕ
МЕТИЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Показатели
Температура
Прозрачность по шрифту
Взвешенные вещества
Эфирорастворимые
Запах холодной и нагретой воды
Цветность
Порот разбавления до исчезновения:
запаха
цвета
РН
Жесткость:
общая
карбонатная
Щелочность общая
Сухой остаток
Прокаленный остаток
Са2*
Mi*
cr
so42"
FeoGm
СОз (свободная)
Ионы тяжелых металлов
Поверхностно-активные вещества
Вещества, растворимость которых
уменьшается при нагревании
Окисляемость перманганатная
хпк
Фосфор (в пересчете на Р205)
Азот
Единица
измерения
°С
см
мг/дм3
»
балл
град
кратность
»
мг-экв/дм5
»
»
мг/дм3
»
»
»
»
»
»
»
»
»
мгО/дм3
»
мг/дм3
»
Сточные воды
до очистки
До 30
0-5
400-450
До 20
2
_—
Ю
2
1-3
10
4500
4000
120
40
300
2500
300-700
Отсутствие
Следы
305
400
40
45
10
7
после очистки
До 25
10-20
25-100
До 0,5
2
15
6
Отсутствие
8,5
30
1
5
3200
2700
500
40
300
1500
До 0,5
40
Отсутствие
2000
7
9
4
3
472

промывки металла после термообработки, содержащие нитрит натрия, не
следует сбрасывать в сеть кислотной канализации, так как в этом случае
образуются токсичные газообразные окиси азота.
Состав и концентрация загрязнений в сточных водах общего стока
метизного производства приведены в табл. 5.23.
5.2.10. Ферросплавное производство
Ферросплавы представляют собой сплавы железа с кремнием, марганцем,
хромом, ванадием, молибденом, вольфрамом и др. Они применяются для
раскисления и легирования сталей или в качестве полупродукта для получения
других ферросплавов. К ферросплавному производству относят также
выплавку некоторых сплавов, не содержащих железо. Ферросплавы получаются
различными методами, основной из них — электротермия. Часть
ферросплавной продукции производится методами металлотермией, гидрометаллургией,
электролизом, обработкой в вакууме, обработкой азотом, хлором, водородом.
К наиболее распространенным ферросплавам относятся ферросилиций, сили-
комарганец, феррохром, ферромарганец и др.
Основными потребителями технической воды являются ферросплавные печи,
газоочистка за печами и установки по очистке воздуха. Кроме того, вода
расходуется на охлаждение металла на разливочных машинах, на установке для
грануляции, в камере для вакуумирования ферросплавов, в узлах шихтоподго-
товки.
Система водоснабжения — оборотная, состоящая из двух циклов:
охлаждающей воды с градирнями и загрязненной воды с отстойниками.
Сточные воды газоочистки при выплавке силикомарганца характеризуются
высоким солесодержанием, значительной карбонатной и бикарбоиатной
щелочностью. Сточные воды газоочистки при выплавке ферросилиция имеют,
кислую реакцию и агрессивны по отношению к металлу. Сточные воды
газоочисток при выплавке безуглеродистого феррохрома содержат
шестивалентный хром и имеют щелочную реакцию. Сточные воды газоочистки при
выплавке передельного феррохрома содержат большое количество токсичных
цианидов. Сточные воды разливочных машин представляют собой слабый
известковый раствор.
Содержание шлама в сточных водах ферросплавного производства — до 2 г/
дм3. Осветление производится на радиальных отстойниках и в шламонакопите-
лях. Для интенсификации процесса осветления в радиальных отстойниках
применяются коагулянты и флокулянты — железный купорос и полиакриламид.
Кислые сточные воды подвергаются нейтрализации одним из щелочных
реагентов. В отдельных случаях для кислых и щелочных стоков создаются
объединенные оборотные системы водоснабжения.
473

Для стабилизации сточных вод газоочисток печей, выплавляющих силико-
марганец и ферромарганец, рекомендуется метод реагентной обработки
оборотной воды известью в слое взвешенного осадка. В результате такой
обработки кроме стабилизации достигается осветление воды до необходимых
пределов.
5.2.11. Вспомогательные производства
Среди вспомогательных цехов определенное место занимают стоки
огнеупорных заводов, загрязненных в основном взвешенными веществами. Состав
стоков огнеупорных заводов приведен в табл. 5.24.
Однако рассмотрение степени рационального использования воды следует
начать не с очистки сточных вод, а с оборотного водоснабжения. Большинство
предприятий черной металлургии России имеет оборотные системы, а более
100 из них довели использование воды в оборотных системах до 93-96 %. Ряд
предприятий имеет еше более высокие показатели (Орско-Халиловский
металлургический комбинат — 96,1 % и др.), а некоторые предприятия работают
по бессточной системе водопользования (Верх-Исстский металлургический,
Ключевский завод ферросплавов и др.).
Примерно такие же тенденции наблюдаются и в промышленно развитых
странах. Возрастает доля воды, используемой в обороте на заводах черной
Таблица 5.24
СОСТАВ ЗАГРЯЗНЕНИЙ СТОЧНЫХ ВОД ОГНЕУПОРНЫХ ЗАВОДОВ
Характеристика
рн
Окисляемость, мг/л 02
БПК5, мг/дм3
Общая жесткость, мг-экв/дм3
Сухой остаток, мг/дм3
Хром, растворенный в воде, мг/дм3
Хром коллоидный, мг/дм3
Взвешенные вещества, г/дм3
Количество осадка через 24 ч
отстаивания, %
Содержание остаточной взвеси через
2 ч отстаивания (от исходного
количества отстаивания), %
Содержание остаточной взвеси через
24 ч от исходного количества, %
Плотность сухой пыли, г/см3
глина
2,5-9,0
10,0-13,0
1,3-1,6
0,6-16,0
20,0-387,0
—
—
5,0-60,0
4,0-41,0
20,0-65,0
8,0-15,0
2,4-2,7
Материалы
шамот
6,2-7,7
10,0-13,0
1,4-1,6
1,4-11,4
80,0-510,0
—
—
4,0-60,0
4,0-10,0
2,4-10,5
1,0-3,0
2,5-2,8
загрязнения
хромит
7,0-10,0
10,3-13,3
1,7-2,1
3,4-3,8
88-420,0
3,4-13,0
10,0-16,0
4,0-35,0
4,0-6,0
1.7-2,1
0,32-0,56
3,4-3,5
манезит
7,8-10,5
8,0-10,0
1.6-2,2
1,9-31,5
72,0-480,0
—
—
3,0-40,0
3,2-6,0
1,7-4,1
0,1-0.4
3,2-3,3
474

А
smi
475

rt
S
К
о
Е
о
§
я
о
N'1
^ К S
21 22 I
г? it, «л <л
OOOOOOOQQ
ооооооооо
ф
§а
о о о
И Ш О
„г, о о о о Н
ft «О VI 1Л g
\о о
OltNCNCN—' П N М rj ^
I
и
о
А.
и
I
£
in
о
«15 О
ОООООООЙО
и
оо о
о о с о
^ « 1л s 2
О О О О
о о о
"л m г*ч
оо оо
С> "Л
ч w Ч о ^ •* ^
со оо со ор ^
4 4 4 4 4
Г-Г Г1- Г^ Оо' (-Г г-Г f~'
\0 О -у
ш
476

Таблица 5.27
РАСХОДЫ ВОДЫ, ВСТУПАЮЩЕЙ В КОНТАКТ
С ЗАГРЯЗНЯЮЩИМИ ВЕЩЕСТВАМИ
Производство
Коксохим ическое
Агломерационное
Доменное
Конвертерное
МНЛЗ
Станы горячей прокатки:
обжимные
сортовые
широкополосные
Станы холодной прокатки
Промывка после травления
Горячее нанесение покрытий
Электролитическое нанесение
покрытий
Средняя
производите.!
ыюстъ, т/сут
4674
3629
7698
10995
3266
7729
2268
8727
3629
4536
907
907
Количество
потребляемой
воды^/г
1,45
4,17
10,43
6,26
0,52
10,1
39,63
37,97
2
1,67
5,01
4,17
Средний
расход воды,
Л
284
631
3344
2866
71
3223
3744
3802
303
316
189
158
Потенциальная
возможность
рециркуляции, %
Ограниченная
80
90
90
95
95
97
98
Ограниченная
-»-
->у-
-»-
Таблица 5.28
УКРУПНЕННЫЕ НОРМЫ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ
ПО ПРОДУКЦИИ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ, мУт
Наименование продукции
Сталь (условная)
Чугун
Мартеновская сталь
Конвертерная сталь
Электросталь
Прокат (валовое производство)
Сортовой прокат
Листовой прокат
Трубы стальные
Электроферросплавы
Кокс 6 %-й влажности
Руда железная
Руда марганцевая
Агломерат
Огнеупоры
Текущие
37,6/189,9*
2,4/53,43
0,66/21,34
1,5/44,4
1,18/28,5
1,77/39,67
2/42,1
1/23,2
1,7/38,2
0,8/112,5
0,9/13,6
2,1/14,7
1,7/11,1
0,8/4,9
0,5/6,4
1,7/9,5
Лерспектшигые
28,38/208,95
2,31/59,8
0,66/21,34
1,43/41,16
1,13/28,62
1,6/34,08
1,7/40,3
0,75/37,3
1,5/36,85
0,71/110
0,79/13,68
2/22,6
1,58/12,5
0,72/5,51
0,45/7,2
1,41/10,6
Оценочные
25,94/231,37
2,21/55,85
—/—
1,43/41,16
1,13/26,62
1,55/31,2
1,7/40,3
0,75/27,3
1,5/36,85
0,71/110
2/22,6
1,58/12,5
0,72/5,51
0,45/6,4
1,41/10.69
* В .щелителе — исходная вода, в знаменателе—оборотная.
477

металлургии. В Японии она составила в 1980 г. 87%, в 1985 г. — 88,7, в 1992 г.
— 89,7; на отдельных заводах доля оборотного водоснабжения приближается
к 97 %. Так, на заводах фирмы «Синниппон сэйтэцу» в Оите и Кимицу она
достигла 94,9 и 95,2 % соответственно, фирмы «Кобэ сэйкосе» в Кобэ и Како-
гаве превысила 96 %, фирмы «Нипион кокон» в Огисиме — 97 %. Самый
высокий уровень использования воды в обороте в среднем по отрасли в ФРГ, где
уже в 1982 г. он превысил 90 %.
Использование воды в оборотных системах всегда связано с решением
вопроса о ее пригодности по содержанию взвешенных веществ и растворимых
примесей. Примерные требования к качеству оборотной воды даны в табл. 5.25.
В зарубежной практике для воды, вступающей в непосредственный контакт
с загрязнениями, содержание растворимых веществ обычно не должно
превышать 1000 мг/дм3, в том числе хлоридов не более 175 мг/дм3. Вода,
используемая в системах газоочистки, не должна содержать взвешенных веществ более
200 мг/дм3. Данные о нормах качества воды, применяемых в японской
практике, приведены в табл. 5.26.
Требования, предъявляемые к качеству оборотной воды, решающим
образом сказываются на возможности ее ре циркуляции в оборотных системах, так
как очистка, а особенно обессоливание воды — достаточно дорогие
мероприятия. Любопытна оценка возможности использования воды в оборотных
циклах, рассчитанная американскими учеными для завода с полным циклом
производительностью 3,6 млн т/год стали (табл. 5.27).
Огромное значение для рационального использования воды на
промышленных предприятиях имеет водонормирование и, главное, постоянное плановое
снижение удельных норм водопотребления, особенно по свежей воде. В
нашей стране постоянно проводилась работа по определению и
совершенствованию норм водопотребления и водоотведения и требований к качеству воды с
учетом развития производства.
В табл. 5.28 приведены укрупненные нормы водопотребления по продукции
черной металлургии, характеризующие динамику изменения структуры
водного хозяйства отрасли. В настоящее время наблюдается некоторое
увеличение уцельного расхода воды, связанное с тем, что технология производства
стали, дополнил ась водоемкими подготовительными и отделочными
операциями. Увеличился расход воды на очистку газов (до 20-25 % от общего
водопотребления). В 80-е годы потребление свежей воды, и сброс сточных вод
приобрели устойчивую тенденцию к сокращению, так как постоянно
увеличивалась доля оборотной воды. Но и при этом необходимо было совершенствовать
технологию, внедрять маловодные и безводные процессы, соблюдать
технологическую дисциплину, поскольку этот резерв мог быть исчерпан при
достижении теоретически возможного водооборота (93-97 %). Однако после
распада СССР в отрасли произойти серьезные изменения, и реально она стала вос-
478

станавливаться только к 1999 г. E0 % производства 1989 г.). Вероятно, об уровне
показателей нормирования воды черной металлургии (и не только) можно
будет говорить через 5-10 лет, когда работа предприятий стабилизируется.
5.3. МЕТОДЫ И СХЕМЫ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Образующиеся на металлургических и металлообрабатывающих
предприятиях сточные воды очищают обычно на локальных сооружениях, затем
большая часть очищенной воды используется вновь. Оставшаяся часть стоков,
продувочные, ливневые и дренажные воды могут подаваться на общезаводские
очистные сооружения, после чего очищенная вода также используется
повторно, и только продувочные воды сбрасываются.
Рассмотрим основные виды локальных установок (циклов). Известно, что
наибольшее количество стоков загрязнено преимущественно
неорганическими взвесями: шлаками, золой, частицами пустой породы окалиной и т.д.
Очистка таких стоков производится в грязных оборотных циклах с
использованием процессов отстаивания, обезвоживания осадков, а при необходимости
стабилизационной обработки воды — коагуляции, флотации, обеззараживания.
В черной металлургии основные виды грязных циклов существуют на
агломерационных фабриках, в производстве окатышей, доменном, сталеплавильном
и прокатном производствах.
5.3.1. Очистка и использование сточных вод
рудообогатительных фабрик
Сточные воды мойки и магнитной сепарации руды очищают от
механических примесей отстаиванием в галамонакопителях обычно без коагулирования.
Выпадающий из воды осадок накапливается в накопителе и постепенно
уплотняется. Осадок рудообогатительных фабрик состоят из частиц, песка,
пустой породы и малоценной руды. Гранулометрический состав шламов
некоторых фабрик приведен на рис. 5.2. Плотность этих шламов находится в
пределах 2,9-3,4 т/м3.
Выпадение основного количества (более 90 %) осадка из сточных вод
рудообогатительных фабрик (рис. 5.3) в неподвижной воде происходит довольно
быстро (в течение 40 мин) со скоростью 0,3-0,4 мм/с. При длительном
отстаивании в воде остается лишь очень немного взвеси (от 30 до 100 мг/дм ), и эта
вода снова используется в обороте на обогащение руды.
Сточные воды отделения флотации хвостов рудообогатительных фабрик
очищают от механических примесей и флотореагентов коагулированием и
отстаиванием в галамонакопителях. В качестве коагулянта используют железный
479

1
ED
e
CO
80
60
40
20
0
4
8
>
9
*4
K3
If
A
1/
V
r
-"N
7>
46
0.001 0,0025 0,005 0,01
0,025 0,05 0,07 0,1 0,2 0.3 0,5
Диаметр фракции, мм
2 3 5 6
Рис. 5.2. Гранулометрический состав хвостов обогатительных фабрик ряда предприятий черной
металлургии: 1 — Магнитогорского металлургического комбината; 2 — Криворожского
горно-обогатительного комбината; 3 — шламы руды КМА; 4 — Северно- и Южно-Коробковских обогатительных
фабрик; J — Иршинской доводочной фабрики; 6 — Абагурской агломерационно-обогатиттельной
фабрики; 7 — Мундыбашской агломерационно-обогатительной фабрики; 8 — Карабашской
обогатительной фабрики; ° — Качкагарского горио-обогатительного комбината
1
\
\
\
У
2
/
<.
•ч.^
20 40 60 80 100 120
Продолжительность
отстаивания, мин
0 1
3 4 5
Скорость выпадения
частиц взвеси, лш/с
Рис. 5.3- Кинетика выпадения осадка из некоагулированных сточных вод рудообаготительных
фабрик: / — от промывки руды при начальной концентрации взвеси 60 г/л; 2—то же, при 30 г/л; 3 —от
отделения измельчения, мойки и магнитной сепарации руды; 4 — от отделения флотации
купорос с известью. При длительном отстаивании коагулированной воды от
флотации в воде остается мелкодисперсная взвесь от 80 до 200 мг/дм3.
Одновременно с осаждением из воды тяжелых примесей в шламонакопителе
вследствие аэрации происходит, разрушение части флотационных реагентов — ксан-
тогената, масла и др.
При одноступенчатом обогащении руды устраивают один шламонакопитель,
при двухступенчатом — два (один — для шламов от механического
обогащения, другой — для флотационных вод во избежание потери флотореагента).
Для оборотного водоснабжения рудопромывочных фабрик вполне
удовлетворительной считается вода с содержанием до 1000 мг/дм3 взвешенных
веществ, что достигается в шламонакопителях при горизонтальной скорости
движения воды 7,5 мм/с. Для флотационного отделения считается
допустимым содержание мелкодисперсной взвеси в воде до 30-100 мг/дм3, что дости-
480

гается коагулированием сернокислым железом A00-200 мг/дм) с подщелачи-
ваниеы известью A00-150 мг/дм3) по СаО или содой.
Шламонакопители являются основными сооружениями в системах
оборотного водоснабжения рудообогатительных фабрик.
Объем и площадь шяамонакогшгпеля. Для осветления сточных вод (пульпы)
рудообогатительных фабрик, золы и шлака котельных, осадка из
производственных сточных вод необходимо, чтобы площадь накопителя (зеркала воды
в нем) была не менее 10 м2 на 1 м3/ч осветляемых сточных вод (при глубине
слоя осветленной воды не менее 1 м, не считая льда). Однако решающим при
расчете шламонакопителей являются количество поступающих шламов, золы
и прочих материалов и число лет, на которое рассчитывают шламоиакопитель.
Объем, м3, шламозолонакопителя определяют по количеству осадка,
сбрасываемого в накопитель за год, и по принимаемому периоду его эксплуатации:
у= G<n
0,75Рск '
где Gc — общее количество сухого осадка, т/год; п — период эксплуатации,
годы; р — плотность скелета, т/м3, определяемого лабораторным путем либо в
зависимости от плотности и пористости шламов.
Необходимая площадь, м2, зеркала шламонакопителя
F =10о,
III Itf
где qu — расход (приток в пруд) пульпы; #п = дш + qe, м1ч; дшм q„ —
соответственно расход осадка и воды в пульпе
В качестве примера на рис. 5.4 показана схема оборотного водоснабжения
рудообогатительных фабрик.
В случае обогащения руды по двухступенчатой схеме при участии воды в
процессах промывки и флотации, когда содержание флотореагентов в оборот-
Рис. 5.4. Схема оборотного водоснабжения рудообогатительных фабрик: J — рудообогатителытя
фабрика; 2 — флотационная фабрика; 3 — пруд-осветитель оборотной воды и шламоиакопитель-
4 — отстойники сточных вод; 5 — насосная станция; б — коагулянт; 7 — осадок
481

ной воде, подаваемой на промывку и флотацию, не нормируется, может быть
применена схема водоснабжения по рис. 5.4, а.
Общий сток коагулируется и направляется в пруд-осветлитель (хвостохра-
нилище). Осветленная вода полностью возвращается на промывку и
флотацию руды, свежая вода подается только на восполнение потерь в производстве
и хвостохранилище.
Когда содержание флотореагентов в оборотной воде нормируется, может быть
применена вторая схема водоснабжения (рис. 5.4, б). Коагулируется только вода,
загрязненная флотореагентами, которая направляется в радиальные
отстойники. Осадок из отстойников добавляется в отработавшую воду, загрязненную
флотореагентами, для коагуляции им мелкодисперсной взвеси и вместе с этой
водой поступает в пруд-осветлитель (хвостохранилище). Вода, осветленная в
отстойниках, и вода, осветленная в пруду-осветлителе, смешиваются и
возвращаются на промывку и флотацию. Свежая вода из источников подается,
как и в предыдущем случае
5.3.2. Очистка сточных вод агломерационных фабрик
Подачу сточных вод агломерационных фабрик на очистные сооружения
следует осуществлять двумя потоками: 1) поток, содержащий мелкодисперсную
взвесь (газоочистки и централизованные вентиляционные установки),
перекачивается шламовыми насосными станциями непосредственно на очистные
сооружения; 2) поток, содержащий крупнодисперсную взвесь (гидросмыв
полов, сточные воды от местных вентиляционных установок, газовых
коллекторов, агломерационных машины при отсутствии безотходных конвейеров и др.),
направляется в центральную шламовую насосную станцию перекачки,
которая должна иметь отстойную ловушку (время пребывания воды до трех
минут). Из центральной шламовой насосной станции шламовые воды насосами
подаются на напорные гидроциклоны, слив из которых направляется на
очистные сооружения, а шлам — в корпус обезвоживания шлама.
Для осветления сточных вод агломерационных фабрик рекомендуется
применять радиальные отстойники — при больших расходах и прямоугольные —
при малых. Перед подачей сточных вод на радиальные отстойники
необходимо предусматривать их предварительную очистку от грубой взвеси.
Характеристика осветления сточных вод агломерационной фабрики приведена на
рис. 5.5.
Требуемый эффект осветления сточных вод (до 150-200 мг/дм3) достигается
при условии отделения частиц с гидравлической крупностью 0,15-0,2 мм/с
без коагулирования.
В этом случае расчетные удельные нагрузки на радиальные отстойники
рекомендуется принимать 0,6-0,7 м3/ (м^ч).
482

100
95
8 90
I
I 80
о
U
75
70
(Г "С
1 ,Г'
1 •
l!'
Ч!
и .1
"
.л .1 i i
7,5 15 22,5 30
45
60
f, мин
Рис. 5.5. Динамика выпадения взвеси из общего стока аглофабрик заводов: 1 — «Запорожсталь»,
А, = 1470 мг/дм'; 2 — Комыунарского, К^ = 22050 мг/дм3; 3 — Ждановского, Кп - 3087 мг/дм3; 4 —
Новолипецкого, К = 19180 мг/дм3
Интенсификация осветления сточных вод в радиальных отстойниках может
быть достигнута применением флокуляции. При использовании в качестве
флокулянта полиакриламида (ПАА) с дозой до 2 мг/дм (в расчете на
активный продукт) нагрузка на радиальные отстойники может быть принята 2,0-
3,0 м3/(м2-ч).
При использовании более активных флокулянтов производительность
отстойников может быть еще увеличена в 2-3 раза. Весьма эффективно применять
радиальные отстойники новой конструкции с тонкослойными блоками,
имеющими по сравнению с обычными радиальными отстойниками в 3-5 раз
большую производительность.
Для обеспечения нормальной работы очистных сооружений количество
радиальных отстойников следует принимать из условий максимального расхода
воды и выхода одного отстойника на ремонт.
Для стабилизации воды рекомендуется нейтрализация слабым кислотным
раствором щелочных сточных вод от сухих пылеуловителей, хвостовой части
агломерационных лент в аппаратах мокрой очистки агломерационных газов.
Щелочные сточные воды от указанных аппаратов предварительно
осветляются в отстойниках или гидроциклонах и подаются на повторное использование
на орошение решеток скрубберов. Сточные воды от скрубберов осветляются в
аналогичных очистных сооружениях, охлаждаются на градирне и
возвращаются в общий оборотный цикл. Такая схема позволяет нейтрализовать около
80 % всей выщелачиваемой извести из шламов агломерационных фабрик и
исключает необходимость охлаждения оборотной воды. Описанную схему
483

рекомендуется применять на агломерационных фабриках, работающих с
низким содержанием серы в руде @,02-0,06 %).
Для уменьшения интенсивности солевых отложений в системах оборотного
водоснабжения рекомендуется предусматривать продувку в размере до 5 %.
На агломерационных фабриках, имеющих в своем составе сероулавливающие
установки с применением химических реагентов, водоснабжение последних
должно быть выделено в самостоятельный цикл. Так как шламы при
сероочистке содержат большое количество сернистых соединений, они не могут быть
утилизированы в технологическом производстве агломерационных фабрик.
При мокрой очистке газов от обжиговых печей известняка сточные воды
насыщаются известью до пределов растворимости D0-44 мг-экв/дм3).
Повторное использование воды в замкнутом цикле при наличии в газе углекислоты,
без специальной обработки ее реагентами недопустимо, так как это приводит
к зарастанию карбонатом кальция разводящих сетей и форсунок; для
устранения указанного недостатка рекомендуется: а) использование в качестве 2-й
ступени очистки газа сухих пылеулавливающих аппаратов; б) совместная
очистка аспирационных газов с аглогазами в мокрых скрубберах. При этом не
требуется сооружения локальной газоочистки, а содержащаяся активная
известь в газах от обжиговых печей полезно используется на очистку
агломерационных газов от сернистых соединений.
Высокое содержание железа в шламах аглофабрик и их большое количество,
составляющее в среднем 8-11 % по массе конечного продукта
металлургического завода, делают очевидным целесообразность утилизации этих шламов.
Утилизация железосодержащих шламов снижает затраты на очистку сточных
вод и повышает рентабельность водного хозяйства завода. Извлечение шлама
из пульпы и обезвоживание его до влажности, требуемой для использования
шлама в шихте, проводятся на местных утилизационных установках или на
едином утилизационном центре завода, куда также поступают
железосодержащие шламы других цехов.
Динамика уплотнения шламов из общего стока некоторых
агломерационных фабрик приведена на рис. 5.6.
^ Рис. 5.6. Динамика уплотнения шлама из общего стока
23 5 10 30 'l 2345 1317 а™офабрик заводов: / — «Запорожсталь», Kv = 115.5 г/
Минуты Часы д»г;2—Новолипецкого, 7^ = 52,5 иг/дм3; 3—Ждаиов-
Продолжительность отстаивания ского, Кк =123 г/дм3
484

Грубоднсперсный характер шламов определяет относительно высокие
скорости выпадения взвеси; основное количество взвеси (85-90%) с
гидравлической крупностью 0,75-1,0 мм/с выпадает за 10 мин; остальная более мелкая
взвесь с гидравлической крупностью 0,3-2 мм/с и менее выпадает за 60-80
мин. Влажность уплотненного шлама 35-45 %, плотность сухого 3,5-4,0 г/см3.
В составе шламов содержится от 35 до 53 % железа, б связи с чем необходимо
предусматривать его утилизацию.
На рис. 5.7 показана схема водо-шламового хозяйства для агломерационной
фабрики с мокрым способом удаления и утилизации пыли.
Все шламосодержащие сточные воды поступают в общую приемную
камеру. Насосной станцией пульпа подается на напорные гидроциклоны, шлам из
которых поступает на спиральные классификаторы, отделяющие крупные
фракции шлама от мелких. Из классификаторов крупные фракции шлама
поступают на транспортер и далее на склад шихты.
Жидкая фаза из гидроциклонов и спиральных классификаторов (сливы)
направляется на радиальные отстойники для осветления; осветленная вода
насосами подается на производство для повторного использования. Шлам из
радиальных отстойников насосами подается на вакуум-фильтры (лучше на фильтр-
прессы) и в обезвоженном виде транспортером подается на склад шихты для
утилизации.
Рис. 5.7. Схема водно-шламового хозяйства агло-
фабрики:
/ ■— приток шламовых вод; 2 — приемная камера;
3 — насос; 4—гидроцикаоя; 5—спиральный клас-
сификатор; 6 — радиальный отстойник; 7 —
вакуум-фильтр; 8—насос осветленной воды;
9—транспортер на шихтовый склад:
a — приток сточных вод от оборудования; б —
напорный трубопровод; в—шлам из гидропиклола; г
— слив из гидроцшеюна; Ь — осветленная вода из
отстойника; е — напорная сеть к оборудованию; о/с
— крупняк из спиральных классификаторов; и —
шлам из вакуум-фильтров
Рнс. 5.8. Схема централизованной
утилизации металпосодержаших сточных вод: / —
подбункерные помещения; 2 — доменные
печн; 3 ■— газоочистка; 4 — оборотный цикл
газоочистки и шламовая насосная станция; 5
— конвертерный цех; 6 — газоочистка
конвертерного цеха; 7 — оборотный цикл
газоочистки и шламовая насосная станция; 8 —
трубопрокатный цех; 9 — оборотный цикл
трубопрокатного цеха и шламовая насосная
станция,' 10 — прокатный цех; // —
агломерационная фабрика; 12 — корпус
обезвоживания при агломерационной фабрике
485

В корпусе обезвоживания агломерационной фабрики можно также
утилизировать металлосодержащие шламы, образующиеся в оборотных циклах
доменной газоочистки с подбункерными помещениями, в конвертерной
газоочистке и окалину прокатных цехов, собранную в гидроциклонах или в
полистироловых фильтрах. В этом случае корпус обезвоживания становится единым
утилизационным центром для всех металлосодержащих сточных вод
предприятия (рис. 5.8).
5.3.3. Очистка сточных вод коксохимических предприятий
Сточные воды коксохимического производства — одни из наиболее
опасных (как источник загрязнения водоемов) и трудных с точки зрения их
очистки среди промышленных сточных вод. Поэтому проблема очистки сточных
вод коксохимического производства решается комплексом
физико-химических (отстаивание, флотация, коагуляция) механических и биохимических
способов, которые используются для очистки локальных стоков и общего феноль-
ного стока на биохимических установках. Выбор способов и эффективность
очистки во многом определяются тем, как используются очищенные сточные
воды.
На большинстве действующих коксохимических предприятий очищенные
сточные воды используются для тушения кокса. Объемы образования сточных
вод @,4-0,5 м3 на 1 т кокса) соизмеримы с безвозвратными, потерями воды
при тушении кокса. Поэтому на предприятиях с мокрым тушением кокса в
принципе реализуется бессточность производства. Сточные воды перед
тушением кокса должны быть очищены от летучих вредных веществ и не
содержать те соединения, которые при контакте с раскаленным коксом могут
разлагаться с выделением вредных летучих компонентов.
Сточные воды коксовых цехов также используются для тушения кокса. Они
подвергаются очистке от механических примесей — частиц кокса и коксового
шлама размером соответственно до 25 и 15 мм в горизонтальных
отстойниках. Типовой горизонтальный отстойник состоит из двух секций и имеет
размеры в плане 5,3x12,5 м, общую глубину 4,5 м, в том числе проточной части
- - 1,25 м и осадочной — 2,95 м. Осадок из отстойника выгружается
грейферным краном на площадку для подсушивания, после чего используется в
качестве топлива. Осветленная вода направляется, на тушение.
К фенольным сточным водам относят:
• избыточную надсмольную воду, образующуюся за счет физической и пи-
рогенетической влаги шихты;
• воды, образующиеся за счет контакта острого пара и технической, воды
химическими продуктами коксования при их улавливании н переработке
(сепараторные воды, отжимные воды из хранилищ, избыточная вода цикла ко-
486

немного охлаждения коксового газа при обновлении цикла технической
водой).
Аэрация применяется в качестве предварительной обработки сточных вод
для улучшения отстаивания. Мельчайшие нерастворимые примеси сточных
вод, близкие по плотности к воде, в процессе аэрации изменяют свою
гидравлическую крупность, приобретают способность к осаждению.
Предварительная аэрация фенольных вод осуществляется в отдельных емкостях •—преаэра-
торах, располагаемых перед первичными отстойниками.
Продолжительность аэрации 15-20 мин, удельный расход воздуха 0,5 м3/м3
сточных вод. Полезная глубина принимается аналогично усреднителям и аэро-
тенкам. Число параллельно работающих секций преаэраторов не менее двух,
оба работающие. Распределение воздуха осуществляется с помощью
перфорированных труб, укладываемых по дну преаэроторов.
В преаэраторах благодаря аэрации одновременно обеспечивается
перемешивание фенольных вод с вводимыми реагентами.
Надсмолызые воды отделений конденсации и сепараторные воды смодопе-
рерабатывающих цехов перед отведением в канализацию подвергаются
регенеративной очистки в аммиачных колоннах и обесфеноливающих скрубберах
с целью улавливания аммиака и фенолов в виде товарных продуктов.
Целесообразность извлечения фенолов в виде товарного продукта
определяется их концентрацией в сточной воде.
Сточные воды химических цехов очищаются по схеме, показанной на рис. 5.9.
Надсмольные воды для абестоливамия подаются в кварцевые фильтры, а
затем поступают на аммиачную колонну для удаления аммиака и в обесфено-
ливающий скруббер для извлечения фенолов.
Рис. 5.9. Схема очистки фенольных сточных
йод коксохимического завода: А —избыточная
надсмольная аммиачная вода; Б — конденсат
газопроводов; Б — вода от освежения |<икла
конечного газового холодильника; Г —
сепараторные волы; Д — сборник объединенного
стока фенольных вод:
/ — осветлители и отстойники воды; 2
■—фильтры для обессмолнвания; 3 — аммиачная
колонна; 4 — обесфеноливающий скруббер; 5—
установка механической очистки; 6 —
усреднитель; 7—установка тушения кокса;
8—биохимическая установка; 9 — городские
очистные сооружения; 10 — водоем
487

Рис. 5.10. Схема механической очистки фенольных вол: 1 — сборник фенольных вод; 2—-подъемная
решетка; 3 — насосы; 4—песколовка; 5 — усреднитель; б—маслоотделитель: 7 — отстойник; 8—
насос для перекачки смолы и масла; 9 — уравнительный резервуар:
/— фенольная сточная вода; //— надсмолыгая вода; III — подача воды на тушение кокса или
биологическую очистку; IV— на склад смолы
После скруббера надсмольные сточные воды поступают в усреднитель.
При наличии локальной биохимической установки надсмольные воды
перед поступлением в усреднитель охлаждаются в закрытой теплообменной
аппаратуре до температуры 30-35 °С. Для очистки надсмольной воды
используется кварцевые фильтры типа ТКЗ. Продолжительность фильтроцикла
ориентировочно составляет 96 ч при эффекте очистки 95 %. Регенерацию фильтра
производят потоком горячей надсмольной воды снизу вверх. Расход воды на
регенерацию составляет около 3 % объема очищенной воды.
Прочие фенольные стоки проходят систему механической очистки (рис. 5.10),
состоящую из первичных отстойников для удаления тяжелых смол и грубо-
дисперсных примесей и флотационных маслоотделителей для более
глубокого удаления смол и масел. Масла в сточных водах коксохимического
производства в основном представлены компонентами поглотительного масла
(конденсированными двухядерными ароматическими углеводородами с
температурой кипения от 200 да 300 °С) и антраценового масла (полициклическим, в
основном трехкольчатыми, конденсированными углеводородами с
температурой кипения выше 300 °С).
Масла в сточных водах коксохимического производства по своему составу
специфичны по сравнению со сточными водами других отраслей
промышленности.
Флотационные методы очистки от масел сточных вод обладают
существенными технологическими достоинствами (простотой аппаратурного
оформления, высокой производительностью, отсутствием стадии регенерации) и
возможностью довольно глубокой очистки сточных вод от диспергированных
примесей - в пределе до полного удаления всех частиц, кроме
высокодисперсных (такой возможностью обладает еще только способ фильтрации, который,
однако, сложнее в эксплуатации и требует стадии регенерации).
488

Рис. 5.11. Эффективность методов очистки сточных вод от масел: I — отстой; 2 — бсзреагентная
флотация; J — реагентная флотация; 4 — высокодисперсные частицы масла (диаметром <\ мкм)
Достигается при использовании реагентной флотации, в частности, при
добавке в сточную воду неорганического электролита. Наиболее
распространено использование сернокислого закисного железа (железного купороса
FeS04-7H20), оптимальная доза которого от 30 до 70 мг/дм3 в расчете на FeS04.
Общее представление о возможностях методов очистки от масел дает
рис. 5.11.
Маслоотделители работают по принципу импеллерной флотации. При этом
обеспечивается стабильная очистка сточных вод от смоли масел до их
остаточного содержания 58-74 мг/дм3. Концентрация смол и масел в очищенной
воде может быть понижена почти в 2 раза при добавлении в исходную воду
коагулянта — сернокислого закисного железа в количестве 30-70 мг/дм3.
Очищенная вода поступает в усреднитель. После него сточные воды могут
идти на тушение кокса или подвергаться биологической очистке, как на
локальных сооружениях, так и на общегородских очистных сооружениях.
Локальная очистка производится в одну или две стадии в аэротенках с
пневматической и пневмомеханической аэрацией. При двухступенчатой очистке на
первой ступени происходит окисление фенолов, а на второй — ироданидов и
цианидов. При этом нагрузка по фенолам и роданидам составляет
соответственно до 1,6и0,6кг/(м3-сут).
Расход воздуха при пневматической аэрации составляет 120-160 м3на 1 м3
очищаемой воды, при пневмомеханической — 50-70 м3 на 1 м очищаемой
воды.
48»

В последнее время намечается переход на одноступенчатую очистку, что
позволяет в 1,5-1,6 раза сократить объем аэротенков. Степень очистки от
фенолов достигает 99,8 %, от роданидов — 99,6 %. Конечное содержание
фенолов в очищенной воде составляет 0,1-0,3 мг/дм , роданидов — 5-20 мг/дм.
Физико-химические методы очистки фенольных вод, такие как
адсорбционная очистка и озонирование, на коксохимических заводах не получили
широкого распространения.
После маслоотделителя вода поступает в отстойник.
Отстаивание является наиболее простым, часто применяемым способом
очистки сточных вод от грубодисперсных, нерастворимых примесей. Основным
показателем скорости осаждения загрязняющих частиц является их
гидравлическая крупность.
Загрязненность фенольных вод каменноугольной смолой обычно находится
в пределах 0,5 г/дм3 в отдельные периоды может увеличиваться до 1 г/ям и
более. Загрязненность взвешенными веществами, главным образом
бактериальным илом, происходит в процессе биохимической очистки сточных вод и
находится в пределах до 1 г/дм3. По данным исследований, оптимальная
температура отстаивания фенольных вод 35-40 °С, рН 7,0—7,5.
Общий вид современного отстойника-смолоуловителя показан на рис. 5.12.
Отстойник состоит из металлического корпуса 010 м, расположенного над
Рис. 5.12. Общий вид отстойника-смолоуловителя: 1 — подача сточных сод; 2—центральная труба;
3 — погружная перегородка; 4 — зубчатый водослив; 5—периферийный поток осветленной воды, о
отвод осветленной воды; 7—скребковое устройство; 8—устройство для перемещения
осветленной воды; 9 — насос для откачки смолы; 10— подача смолы в складируемые емкости; // —
электродвигатель: 12 — редукторы; 13 — коническая передача; 14 — вал скребковых устройств; 15 —
эластичное скребковое устройство; 16—радиальный лоток для сброса всплывающих загрязнений; и
отвод всплывающих загрязнений
490

поверхностью земли, оснащенного нижними скребковыми устройствами для
перемещения осажденной смолы в центральный зумпф и верхним для
удаления всплывающих загрязнений.
Подаваемая в отстойник сточная вода поступает через центральную трубу в
осадочную часть, отстаивается, двигаясь радиально к периферии, затем через
погружную перегородку и зубчатый водослив поступает в периферийный
лоток осветленной воды, из которого отводится за пределы отстойника.
Скребковое устройство, расположенное в центральном зумпфе, служит для
перемешивания в нем смолы с целью предотвращения ее уплотнения. Смола
из зумпфа отстойника по мере ее накопления откачивается насосом в
складирующие емкости. Всплывающие загрязнения из радиального лотка отводятся
через самотечный трубопровод в складирующую емкость. Поверхности дна и
зумпфа отстойника обогреваются с наружной стороны паром до 55-60 °С для
уменьшения вязкости отстоявшейся смолы.
Основные данные по отстойнику: 010 м; рабочая высота 2,8 м; полезный
объем 220 м3; водная поверхность 78 мг; скорость вращения скребковых
устройств 1 об/ч; мощность электродвигателя скребковых устройств 0,8 кВт.
С переходом на сухое тушение кокса возможно изменение баланса сточных
вод на коксохимических заводах, что необходимо учитывать при
проектировании очистных сооружений.
Весьма перспективным способом очистки фенольных сточных вод на
предприятиях коксохимии переработки твердых тдалив является способ
экстракционной очистки.
Сущность экстракционного способа обесфеноливания заключается в
обработке сточной воды нерастворяющимися в воде эксграгенгами, в которых
растворимость экстрагируемого (улавливаемого) вещества происходит лучше,
чем в воде.
При экстракционной очистке фенольных сточных вод в качестве экстраген-
та применяют бутиланетат, диизолропиловый эфир, бензол и др. Для
повышения эффективности извлечения фенолов используются смешанные
растворители: бутиланетат в смеси с бутиловым спиртом, с диизопропиловым эфиром
и др. Однако наиболее часто применяют бутиланетат или смесь бутилацетата
1 к ^_^
Рис. 5.13. Кривая динамики осаждения смолы в q 20 40 60 80 100 120
радиальном огстойнике-смолоуловителе. Время, мип
491

о с изобутилацетатом (феносольван), обладающие высокой экстрагирующей
способностью по отношению к фенолам.
В процессе экстракции, растворенные в сточной воде вещества,
подлежащие извлечению распределяются между водой и вводимым растворителем-
экстраге-нтом до достижения полного равновесия, выражаемого
коэффициентом распределения:
к =С/С = const,
р э в '
где Сэ и Св — соответственно концентрации растворенного вещества в экстра-
генте и воде.
Коэффициент распределения фенола между некоторыми растворителями и
водой при 20 СС составляет для бензола 2,2, трикризол-фосфата 28, бутилаце-
тата48,5; при 22 °С для феносольвана 49.
Растворитель должен удовлетворять следующим требованиям: иметь,
возможно, высокий коэффициент распределения; обладать селекционирующей
способностью экстрагировать из сложной среды один вид загрязнения,
предназначенный для улавливания; обладать низкой растворимостью в воде;
существенно отличаться от плотности воды и иметь температуру кипения,
отличающуюся от температуры кипения экстрагируемого вещества.
Процесс экстракционного обесфеноливания заключается в смешении
сточной воды с экстрагентом до установления равновесного растворения в них
фенолов, последующего разделения образовавшихся фаз (сточной воды и
насыщенного фенолами экстрагента) и затем регенерации экстрагента
выделением фенолов.
Для экстракционной очистки сточных вод коксохимических заводов могут
быть применены различные растворители (бензол, сложные эфиры,
поглотительное масло и др.), однако наибольшее распространение нашел бензол,
получаемый при коксовании угля. В связи с тем, что коэффициент
распределения бензола по отношению к фенолу невелик (около 2,2 при 20 °С),
используются значительные объемы бензола и концентрация фенолов в экстракте мала.
лов включает четыре отделения: 1) подготовки фенольных сточных вод к
экстракции: выделение смол отстаиванием и фильтрацией, охлаждение
сточной воды, улавливание паров растворителя и, в случае необходимости,
карбонизация; 2) экстракции; 3) регенерации экстрагента из воды; 4) регенерации
растворителя из экстракта и получения товарных фенолов.
Принципиальная технологическая схема установки обесфеноливания
сточных вод газосланцевых заводов представлена на рис. 5.14. Сточная вода
проходит кварцевый фильтр I, в котором очищается от смолы, и поступает в
уравнительную емкость 2. Далее фенольная вода насосом 3 через холодильник 4
подается в колонну 5 для улавливания неконденсирующихся паров раствори-
492

Рис. 5Л4. Принципиальная технологическая схема установки экстракционного
сточных вод термической переработки горючих сланцев: / — кварцевый фильтр; 2 — уравнительн
емкость; 3, 6. 10, 13, 19-22, 29 — насосы; 4, 15, 27 — холодильники; 5 — колонна для улавливай'
паров растворителя; 7,8 — экстракционные колонны 1-й и 2-й ступени; 9 — промежуточный со V^
ник экстракта; И, 24 — теплообменники; 12 — колонна регенерации растворителя из обесфеноле
ной воды; 14,31 — конденсаторы-холодильники; 16, 32 — сепараторы; 17 — сборник обесфеноле*
ной и отсепарированной воды; 18 — сборник регенерированного растворителя; 23 — сборник эк
рата; 25 — подогреватель; 26—регенерационная колонна 1 -й ступени; 28, 33 — кипятильники; 30
регенерациоиная колонна 2-й степени; 34 — сборник товарных фенолов
теля, поступающих из разных аппаратов, а затем насосом б — в последо"9'
тельно соединенные распылительные экстракционные колонны 7 и 8 (диаметР
2 м, высота 20 м). В экстракционную колонну 8 насосом 20 из сборника реге'
нерированного растворителя 18 подается растворитель (смесь бутилацетата
диизопропиловым эфиром). С верха колонны 8 слабый экстракт стекает в сбор'
ник 9, откуда насосом 10 подается в экстракционную колонну 7. Экстракт ^3
колонны 7 стекает в сборник 23.
Обесфеноленная вода поступает в сборник 17, из которого насосом 19 череЭ
теплообменник // подается в колонну 12 регенерации растворителя из воД1"'
а,Р

@2 м, высота 18 м). Снизу в регенерационнуго колонну подается острый пар.
Очищенная вода насосом 13 прокачивается через теплообменник Л, где
отдает свое тепло поступающей воде, и направляется на использование или на до-
очистку. Пары растворителя и воды (азеотропная смесь) проходят
конденсатор 14 и холодильник /5; конденсат поступает в сепаратор 16, в котором
растворитель отделяется от воды. Растворитель из сепаратора сливается в
сборник 18, а вода — в сборник 17. Экстракт из сборника 23 насосом 22 через
теплообменник 24 и подогреватель 25 подается в регенерационную
(ректификационную) колонну 1-й ступени 26, оборудованную кипятильником 28 и
предназначенную для сгушения экстракта. В эту колонну насосом 21 из сборника
18 подается флегма (растворитель). Диаметр тарельчатой ректификационной
колонны — 1,6 м, высота — 19 м. Пары растворителя проходят
теплообменник конденсатор 24, холодильник 27, и регенерированный растворитель
поступает в сепаратор 32 и далее в сборник IS. Сгущенный экстракт из
кипятильника 28 ректификационной колонны насосом 29 направляется в
регенерационную колонну 2-й ступени 30, оборудованную кипятильником 33 (диаметр
около 0,5 м, высота 16 м). Снизу в колонну подается острый пар. Отгонка
растворителя осуществляется в виде гетероазеотропной смеси с водой. Бары
азеотропной смеси проходят конденсатор-холодильник 31, конденсат
поступает в сепаратор 32, из которого растворитель сливается в сборник 18, а вода
— в сборник 17. Товарные фенолы из кипятильника 33 поступают в сборник
фенолов 34 и далее на склад.
Полученные растворы фенолятов после предварительного упаривания
направляют на переработку.
Основные показатели работы установок обесфеноливания сточных вод
методом экстракции бензолом следующие:
Степень обесфеноливания, % 90-92
Отношение объемов бензола и воды 1 :1
Расход 100 %-го едкого натра
на 1 кг фенолов, кг 0,6
Степень превращения едкого натра
в феноляты натрия, % 70
Концентрация едкого натра в растворе
для экстракции фенолов из бензола, % (масс.)... 15-20
Потери бензола с водой, кг/м3 О 25-2,5
Температура, °С 40-50
С увеличением объемного соотношения бензола и воды степень
обесфеноливания может быть повышена до 98 %.
На некоторых коксохимических заводах в качестве экстрагентов
используют бутилацетат, феносольван, каменноугольное масло и др.
494

Эффективность процесса экстракции фенолов бутилацетатом или его
смесью с другими растворителями снижается с повышением содержания в воде
свободного аммиака. Кроме того, увеличиваются потери бутилацетата
вследствие гидролиза в щелочной среде. Сточная вода полукоксования бурого угля
содержит около 6 г/дм аммиака, причем степень его нейтрализации в ней
составляет до 50 %. Для нейтрализации аммиака предусматривается обработка
фенольной сточной воды диоксидом углерода (карбонизация). После
карбонизации степень нейтрализации возрастает до 75-85 %, что заметно
повышает эффективность очистки воды от фенолов. Узел карбонизации воды
несложен: фенольная вода освобождается от частиц смолы, охлаждается до 25-30 °С
и поступаег в барботажную колонну, в которую также подается С02.
Одновременно со связыванием аммиака происходит отдувка сероводорода. Сточная
вода затем фильтруется и направляется на экстракцию фенолов.
Характеристика работы установок обесфеноливания сточных вод приведена
в табл. 5.29.
Схемы установок обесфеноливания сточных вод термической переработки
углей (полукоксования и газификации) аналогичны схеме приведенной на
рис. 5.14.
Положительным качеством экстракционного способа обесфеноливания
является сравнительно высокая степень улавливания фенолов: до 90 % и более.
К недостаткам следует отнести сложность процессов улавливания и
восстановления экстракционной способности поглотителя. Кроме того, имеющиеся
в процессе потери поглотителя приводят к загрязнению им обесфеноленной
воды. Поэтому на коксохимических предприятиях экстракционный способ
обесфеноливания не получил промышленного распространения.
В связи с этим при регенерации бензола применяют не дисгилляционные
методы, а метод абсорбции водным раствором щелочи (бензол-фенолятный
метод).
Бензол-фенолятный метод очистки включает следующие стадии: 1) обессмо-
ливание воды отстаиванием, фильтрованием и промывкой циркулирующим
бензолом; 2) экстракция фенолов из сточной воды бензолом; 3) очистка
бензола от растворимых в нем кислых газов промывкой щелочно-фенолятным
раствором; 4) экстракция фенолов из бензола щелочным раствором; 5)
выделение растворенного бензола из обесфеноленной сточной воды.
Следующим перспективным методом обесфеноливания сточных вод
(коксохимических производств является пароциркуляционный метод.
Этот способ обесфеноливания осуществляется по методу Копперс в обесфе-
ноливающем скруббере представляющем собой колонну, состоящую из
верхней отпарной секции, и нижней поглотительной секции. Секции разделены
глухой тарелкой, оборудованной патрубком для прохода циркулирующего в
скруббере пара с помощью вентилятора. Принципиальная технологическая
495

Таблица 5.29
ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ УСТАНОВОК ОБЕСФЕНОЛИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
Показатели
Производительность установок, mjAi
Содержание в исходных сточных водах, г/дм3:
фенолов:
летучих
нелетучих
итого:
сероводорода
аммиака
смолы
Содержание в очищенных сточных водах, г/дм3:
фенолов:
летучих
нелетучих
итого:
Степень извлечения фенолов, %:
детучил
иелетучих
Объемное соотношение «бутнлацетат - вода»
Содержание фенолов:
в регенерированном бутилацетате, г/дм3
в экстракте, % (масс.)
Содержание в концентрированном экстракте, %
(масс,):
фенолов
бутилацетата
ВОДЫ
нейтральных масел
Содержание в сырых фенолах, %:
бутилацетата
воды
нейтральных масел
Температура воды, °С:
перед колонной для улавливания паров
растворителя
поступающей иа экстракцию
Температура в колонне регенерации экстрагеита из
воды, °С:
на входе в колонну
наверху колонны
внизу колонны
Температура в колонне регенерации 1-й ступени
экстрагеита из экстракта, °С:
на входе в колонну
наверху колонны
внизу колонны
Температура в колонне регенерации 2-й ступени
экстрагеита из экстракта, °С:
наверху колонны
внизу колонны
Установки очистки сточных вод

полукоксования
бурого угля
30-40
5
6,8
П,8
0,1
6
—
0,15
1,15
1,30
97
83
1:7
0,1-0,8
10
90
10
1,5
7
0,5-0,9
0,5
1,5
25-30
30
79-83
80-85
96-99
110-120
130-145
170-185
125-140
190-197
газификации под
давлением бурого
угля
70-90
3,2-3,3
1,2-1,3
4,4-4,6
0,4-0,7
4,5-5
0,12-0,44
0,12-0,25
0,52
0,64-0,77
92,5-96
57-60
1:10
3-5
_.
50-70
30-50
4-5
0,5-0,6
3-4
4-5
35-40
27-30
93-95
96-97
101
100-120
114-120
161-173
118
145
термической
переработки
горючих сланцев
60-70
0,5-1,0
9,5-11,0
10-12
Следы
0,5-1
0,1-0,3
0,02-0,05
0,58-0,75
0,6-0,8
95-96
93-94
1:5*
1,5-2,0
8-9
70-75
25-30
0,3-0,5
0,6-0,8
2,0-3,0
35-50
30-40
95-102
102-105
90-110
160-200
100-130
180-200
496

Продолжение табл. 5.29
Показатели
Фракционный состав (в %) сырых фенолов лрн
выкипании до температур, °С:
170
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
287
300
Установки очистки сточных вод

полукоксования
бурого угля
—
5
7
15
19
40
—
57
75
88
92
97
—
газификации над
яавлениш бурого
угля
7-11
20-35
—
50-60
—
—
70-80
—
75-85
—
—
90-95
—
* Смесь бутшгацетэта [30-50 % (маю.)) и динзопропилового эфира [50-70 % (масс.)].
термической
переработки
горючих сланцев
—
—
—
—
—
—
10,9
—
—
17,1
—
—
73,0
иге
-.-Темюлог„^^^
метода,- 1 _ ам-инм коло.жа; 2- ^'«^„„.'^„„сосдаягорячего щелочного раствора;
рсактор-отстойншс; 7-приколоиок; *-^e,f °*"^ ""^и раствора фенолятов „атрия;
12 — сборник раствора фенолятов натрия; Л —насос для циркуляции |» к ч~
14 — подогреватель
497

схема пароциркуляционной установки представлена на рис. 5.15. Сточная вода,
очищенная от летучего аммиака, из испарительной части аммиачной колонны
1 при температуре кипения поступает в сборник 2, из которого насосом 3
подается в верхнюю часть обесфеноливающего скруббера 4. В скруббере
осуществляется постоянная циркуляция с помощью вентилятора 5 водяных паров,
имеющих температуру 101-103 °С. Из сточной воды, стекающей по насадке,
поднимающийся водяной пар отгоняет фенолы. Обесфеноленная сточная вода
из скруббера самотеком через гидрозатвор поступает в реактор-отстойник б и
приколонок 7 для выделения аммиака из связанных солей.
Водяной пар, насыщенный фенолами, из верхней десорбционной части
скруббера вентилятором подается в нижнюю поглотительную часть, сверху которой
периодически (с помощью реле времени 8) подается насосом 9 из сборника 10
горячий 8-10 %-й раствор едкого натра. Образующийся раствор фенолятов
натрия постоянно подается насосом 13 на орошение нижнего яруса
поглотительной части скруббера. Это позволяет повысить концентрацию фенолятов в
растворе на 20-25 %. Обесфеноленный пар поступает в десорбционную часть
скруббера. Часть раствора фенолятов стекает в сборник 12, из которого
насосом 11 направляется на склад.
Периодичность подачи свежей щелочи позволяет снизить ее расход без
уменьшения эффективности обесфеноливания водяного пара.
Отрицательное влияние на процесс обесфеноливания сточной воды
оказывают кислые примеси, такие как диоксид углерода, сероводород и синильная
кислота, которые связывают едкий натр в балластные соли. Диокотд углерода
к тому же способен взаимодействовать с фенолятами с образованием фенола и
бикарбоната натрия.
Концентрация летучего аммиака в воде, подаваемой на обесфеноливающую
установку, не должна превышать 500 мг/дм3. Присутствие аммиака в
циркулирующем паре приводит к снижению степени обесфеноливания воды.
Для повышения степени извлечения фенолов из циркулирующего пара
применяется трехступенчатая схема орошения с двумя ступенями рециркуляции
и периодическим орошением верхней ступени свежим раствором щелочи.
Основные показатели технологического режима работы пароциркуляцион-
ных установок даны ниже:
Температура, °С:
воды, подаваемой в скруббер, не ниже 100-102
циркулирующего пара 101-103
щелочи, подаваемой в скруббер 102-103
циркулирующих фенолятов 105-115
Давление в скруббере, кПа (мм рт. ст.) ..6,7-26,6 E0-200)
Концентрация, %:
498

едкого натра в свежем растворе 4-12
фенолов в выводимых растворах
фенолятов натрия, не менее 15
свободного едкого натра в выводимых растворах
фенолятов натрия, не более 8
Количество циркулирующего пара на I м3 воды, м3 1400-2000
Поверхность насадки, м2/(м3-ч):
деревянной хордовой 400
металлической спиральной 650-700
Число ступеней орошения абсорбционной части 3
Плотность орошения циркулирующим раствором
фенолятов натрия, м /(м3,ч) 5
Расход щелочи на 1 кг извлекаемых фенолов, кг 0,9
Расход водяного пара низкого давления на 1 м3 воды, кг. 15-20
Степень обесфеноливания сточной воды пароциркуляционным методом
составляет 80-90 %. Остаточное содержание фенолов в очищенной воде не
превышает 150-200 мг/дм3.
При использовании многоступенчатой системы орошения поглотительной
части скруббера обеспечивается степень обесфеноливания воды не ниже 90 %.
Достоинствами пароциркуляционного метода являются: простота и
компактность установки, простота эксплуатации, полная автоматизация, отсутствие
контакта сточной воды с реагентами. Недостатки метода: малая эффективность
обесфеноливания воды, значительные расходы щелочи и водяного пара,
потери фенолов в процессе отгонки летучего аммиака.
Фенольные сточные воды после установок экстракции или выпаривания до-
очищаются на биологических очистных сооружениях, чаще всего совместно с
другими производственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами.
Биохимическая очистка осуществляется микробным способом* на
биохимических установках в составе предприятия с помощью специальных
комплексов бактерий и на городских или поселковых очистных сооружениях
совместно с бытовыми и сточными водами с помощью активного ила. Он
состоит из микроорганизмов, простейших, грибов, некоторых высших организмов
(типа коловраток, червей, клещей), водорослей, вирусов.
Биохимические установки включают в себя сооружения подготовки
сточных вод (выравнивание расходов, охлаждение, усреднение), сооружения иб-
ханической и физико-химической очистки от смолы и масел и собственно
сооружения биохимической очистки.
Отделение механической очистки предназначено для извлечения из сточнЫ*
воД смол и масел отстаиванием и флотацией.
Селекция фенол- и роданразрушающих культур микробов осуществлена Киевским научно"
исследовательским институтом общей и коммунальной гигиены.
09

Доочистка производится в аэротенках и биофильтрах по одно- и
двухступенчатым схемам.
Эффективность процесса биологической очистки сточных вод
коксохимических заводов определяется скоростью разложения роданидов.
Нагрузка аэротенков по роданидам не должна быть выше 0,3 кг/(м -сут) при
расходе воздуха (пневматическая аэрация) не менее 700 м3 на 1 кг роданидов.
Концентрация фенолов в очищаемой воде может вдвое превышать
концентрацию роданидов без ухудшения эффективности очистки.
Значительное содержание аммиака (общего) в сточной воде приводит к
увеличению времени аэрации, расходу значительного количества воздуха, а
также к некоторому снижению эффективности очистки сточной воды от фенолов
и других примесей.
В процессе биологической очистки сточных вод коксохимических
производств в первую очередь окисляются фенолы, а затем роданиды и цианиды,
причем после разрушения фенолов многие культуры способны разрушать
роданиды.
Рационально производить биологическую очистку сточных вод в несколько
ступеней, при этом на 1-й ступени предусматривается очистка от фенолов с
помощью фенолразрушающих бактерий, на 2-й ступени — очистка от
роданидов и цианидов с помощью роданразрушающих бактерий и на 3-й ступени
окончательная доочистка сточных вод.
В настоящее время только на отдельных биохимических установках, когда
не требуется очистка сточных вод от роданидов, биохимическая очистка
осуществляется в одну ступень.
Данные очистки фенольных сточных вод приведены в табл. 5.30.
Преимуществом многоступенчатых схем очистки является возможность
использования на первой и второй ступенях предварительно адаптированных
фенол- и роданразрушающих культур, так называемый «микробный» метод
очистки, позволяющий подавать сточные воды, содержащие до 2000 мг/дм
фенолов и до 1000 мг/дм3 роданидов. Однако следует иметь в виду, что приме-
Таблица 5.30
РЕЗУЛЬТАТЫ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
КОКСОХИМИЧЕСКОГО ЗАВОДА
Показатели
BITKs, мКУдм3
Содержание, мг/дм :
фенолов
нитратов
роданидов
цианидов
эфирорастворимых масел
1 ступень
480
0,5
\\ ступень
190
0,2
Отсутствуют
Ш ступшь
20
0,06
1.5
2-20 | Отсутствуют
Следы
50 | 20 1 10
500

нение чисто «микробного» метода в процессе очистки сточных вод в
нестерильных условиях затруднено, так как в складывающемся биоценозе
некоторые выведенные культуры могут быть вытеснены другими, более
жизнеспособными в данных условиях, культурами микроорганизмов.
Опыт эксплуатации промышленной двухступенчатой установки
биологической очистки сточных вод показал, что степень очистки от фенолов составляет
99,08-99,84 % и от роданидов — 95,0-99,6 % при следующих параметрах
процесса:
Температура воды, °С:
на I ступени 30-32
на II ступени 25-30
Оптимальное значение рН:
на I ступени 7,2-7,5
на 11 ступени 6,8-7,0
Содержание фенолов в воде после I ступени, мг/дм3 0,5-5
Для обесфеноливания и обезроданивания сточных вод были использованы
разновидности лучистых грибков Nocardias "N. Corrvaluta и N. Mexicana.
Результаты опытов по очистке сточных вод от фенолов с помощью культуры
N. Convaluta и обесфеноленной воды от роданидов с использованием
культуры N. Mexicana при 28-30 °С показывают, что эти культуры обладают
большей активностью, чем применяемые обычно культуры фенол- и роданразру-
шающих бактерий. Положительным свойством культуры Nocardia является ее
высокая активность при любых концентрациях фенолов.
Значительное распространение получил метод биологической очистки
производственных сточных вод коксохимических предприятий совместно с
хозяйственно-бытовыми водами. Показано, что при времени аэрации 12 ч, концентрации
активного ила в аэротенке 3 г/дм3 и фенолов в смеси менее 30 мг/дм3 в
очищенной воде практически фенолы не обнаруживаются, а при концентрации
фенолов в исходной воде до 50 мг/дм3 в очищенной воде содержится до 0,3 мг/дм3
фенолов. БПК очищенной воды обычно не превышает 10-20 мг/дм3.
Исследования по биологической очистке сточных вод термической
переработки бурых углей и горючих сланцев показали, что концентрация
летучих фенолов в очищенной воде составляет 0,1-0,4 мг/дм3, нелетучих — 16-
26,7 мг/дм3.
Из результатов работы биологических очистных сооружений,
представленных данными табл. 5.31, следует, что при продолжительности аэрации 15-16 ч
содержание фенолов (летучих) снижается до 0,2-5,8 мг/дм3. Окислительная
мощность аэротенков составляет 500-800 г/(м3-сут).
Интересно отметить, что в сточных водах переработки сланцев после
очистки па биофильтрах определено следующее соотношение основных феноль-
501

Таблица 5,31
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
A — исходная сточная вода; 2 — очищенная сточная вода)
Сточные воды
Газификации под
давлением бурого угля
Термической переработки
горючих, сланцев:
в биофильтрах
в аэротенках
* ВПК. ** Окисляемое™.
1
660-1151
150-245*
510-906
2
50-108**
174-469
,
1
153-575*
116-330
116-454
г
20-30*
11-34
6-65
Содержание фенолов, мг/дм3
летучих
/
33-62
16-32
1,5-16
2
0,4-0,8
1,1-5,8
0,2-0,8
нелетучих
/
128-177
56-180
92-202
2
3-24
ных компонентов (в %): фенол — 9, о-крезол — 32, м- и и-крезол — 32, ксиле-
нолы — 27.
Для проектирования биохимических установок коксохимических
предприятий обычно принимается следующий состав сточных вод, поступающих в аэро-
тенки (в мг/дм3): фенолы 400, роданиды 400, цианиды 20, общие масла 35,
аммиак летучий до 250, аммиак общий 500, ХПК 3000. Состав очищенной
воды по основным загрязнениям при проектировании современных
биохимических установок (в мг/дм ): фенолы 0,5-24 роданиды 1-3; цианиды до 0,5;
общие масла 10-20; ХПК 300-500.
Современные биохимические установки на коксохимических заводах —
довольно мощные сооружения. С учетом климатических условий,
эксплуатационных затрат на обслуживание и ремонт, возможностей управления
процессом биохимической очистки наиболее целесообразно сооружать центральную
воздуходувную станцию, а в качестве аэрационной системы использовать эр-
лифтные аэраторы, которые одновременно обеспечивают хорошее
перемешивание жидкости в аэротенке.
На всех 13-ти коксохимических предприятиях России работают в настоящее
время биохимические установки; на коксохимических заводах Украины
работает в настоящее время 14 биохимических установок.
Сравнение показателей работы отечественных биохимических установок и
зарубежных установок показывает, что в целом уровень очистки от основных
компонентов одинаков, в отдельных случаях на отечественных установках
достигнута более глубокая очистка. В табл. 5.32 приведены показатели
очистки сточных вод коксохимического завода в г. Гамильтоне (США): значительно
более глубокая очистка от фенола получена в результате совместной очистки
фенольных вод завода с хозяйственно-бытовыми водами также за счет
разведения очищенной сточной воды речной водой. Кстати, в зарубежной
информации по очистке сточных вод коксохимических заводов часто отмечается факт
50Z

Таблица 5.32
ДАННЫЕ ПО РАБОТЕ ЗАРУБЕЖНЫХ БИОХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Содержание в
стачной воде,
мг/дм3
Фенолов:
до очистки
после очистки
Роланидов:
до очистки
после очистки
Цианидов:
до очистки
после очистки
ХПК:
до очистки
после очистки
Великобритания,
завод в г. Скантори
650
5
120
5
13
0,5
3300
500
Страна, город
Франция, завод в
г. Фос-Тюр-Море
156-650*
0,2-2,4
96-145
1-3
2,6-15,8
0,08-9,6
1720-4000
360-1200
Япония, завод в
г Китонюсю
1500
1
—
—
20
1
6000
300
США, завод в
г. Гамильтон**
ISO
0,001
175
4
3
1,5
1800
—
* Минимум-максимум; ** На биохимической установке осуществляется совместная очистка 388 м3/сут
сточных вод коксохимического завода и 133 м3/сут хозяйственно-бытовых вод, с разбавлением
232 м3/сут речной водой.
разбавления очищенных производственных вод речной или морской (в
Японии) водой.
Следует отметить, что для повышения эффективности очистки сточных вод
необходимо внедрение новых методов и аппаратов для биологической
очистки: с применением технического кислорода, флотационного отделения
активного ила от сточной воды, отстаивания в тонком слое жидкости и др.
Дта доочиегки фенолыяых сточных вод, прошедших очистку
физико-химическим методом, применяют регенеративные (адсорбция, ионный обмен) и
деструктивные (озонирование и др.) методы.
Адсорбция. Адсорбция является эффективным методом обесфеноливания
сточных вод. Сорбентами могут служить активные угли, кокс, зола, шлаки и
др. Показана применимость активного угля марки КАД-иодный для
обесфеноливания сточных вод коксохимических производств. Очистке воды
активным углем предшествует ее ионитная очистка от роданидов и тиосульфатов.
После насыщения уголь регенерируют при 70 °С промывкой бензолом. Раствор
фенолов обрабатывают щелочью, и очищенный бензол используют в
процессе. Из регенерированного угля отгоняют бензол с водяным паром, и уголь вновь
используют для очистки воды. После пятнадцати циклов адсорбции -
десорбции уголь подвергают термической регенерации при 800 °С, По прохождении
такой обработки остаточное содержание фенолов составляет около 5 мг/дм3
при исходной концентрации 250 мг/дм3; окисляемость очищенной воды
около 100 мг/дм3.
503

Метод адсорбции успешно используют для доочистки фенольных вод после
установок экстракционного обесфеноливания. Только на одном
газосланцевом заводе применение адсорбции позволяет дополнительно получать до 800 т/
год фенолов и значительное количество воды, пригодной в производстве.
Положительные результаты получены по доочистке фенольных вод
газосланцевого завода на непрерывно действующей адсорбционной установке во
взвешенном слое пылевидного активного угля, стабилизированного полиакрила-
мидном. Проведенные испытания показали, что при высоте кипящего слоя
80 см, удельной производительности 7,2 м /(м -ч) И концентрации фенолов 1 г/
л степень очистки воды составляет 99-99,5 %. Кроме того, адсорбцию можно
проводить в две ступени с получением на 1-й ступени фенолов, на 2-й ступени
органических кислот (до 500 т/год).
Ионный обмен. Для доочистки сточных вод коксохимических заводов
используют органические ионо-обменники — пермугит и вофатит. Вофатит
способен сорбировать от 4 до 10 % (масс.) фенолов.
Присутствие роданидов, тиосульфатов и других солей часто затрудняет
процессы очистки от фенолов сорбцией, озонированием. Для извлечения
мешающих примесей используют иониты. С помощью катионита марки КУ-2 в Н-
форме из сточных вод извлекают фенолы, а анионитом марки АН-2Ф в ОН-
форме — роданиды, тиосульфата, цианиды и другие соли. Регенерируют
катеонит 18-20 %-м раствором серной кислоты, анионит 3-4 %-м раствором
аммиака. В результате очистки сточной воды содержание общего аммиака
снижается с 227-558 до 3-6 мг/дм\ роданидов — с 89-345 до 1-3 мг/дм3,
цианидов — с 4 мг/дм3 до нуля, фенолов — с 20-30 мг/дм3 до нуля.
Методом ионного обмена достигается высокоэффективная очистка сточных
вод от роданидов и цианидов. При скорости фильтрования сточной воды через
катионит 13,3 м/ч и через анионит — 8 м/ч продолжительность фильтроцикла
составляет соответственно 12-23 и 13,9-29,7 ч. При этом емкость катионита
— 1860-2100 г-экв/м3, анионита — 2065 г-экв/м3. Расход реагентов на
регенерацию ионитов в расчете на 1 м3 сточных вод следующий: серной кислоты —
0,145 кг/м3 и аммиака — 0,375 кг/м3. Регенерационный раствор после катио-
нитового фильтра содержит 97-108 г/дм3 сульфата аммония и 46-58 г/дм3
серной кислоты и может быть использован для производства сульфата аммония.
Регенерационный раствор после анионита содержит около 3 г/дм3 аммиака и
50 г/дм солей. Отогнанный из него аммиак также может служить для
получения сульфата аммония.
Очищенная сточная вода может быть использована в системах оборотного
водоснабжения.
Озонирование. Перспективным методом доочистки фенольных сточных вод
является озонирование. Проведенные исследования показали, что при
оптимальных параметрах процесса (рН около 12, температура — 50-55 °С) кон-
504

центрация фенолов в сточной воде снижается с 200-300 до 0,1-0,2 мг/дм , ро-
данидов — с 500-600 до 3-5 мг/дм3, окисляемость — с 1000-1500 до 100-
200 мг02/дм3. Расход озона при этом составляет 1,5-2,0 г на 1 дм3 воды.
5.3.4. Очистка сточных вод установок очистки доменного газа
В системах мокрых газоочистках применяют оборотное водоснабжение.
Принципиальная схема оборотного водоснабжения представлена на рис. 5.16.
В зависимости от химического состава улавливаемой пыли и очищаемых
газов вода оборотного цикла может приобрести и кислую, и щелочную
реакции. Кислая реакция обусловлена переходом в воду ионов S04 и С1.
Щелочную реакцию вода в большинстве случаев получает при содержании в пыли
повышенного количества извести. Для предотвращения образования прочных
карбонатных отложений применяют фосфатироваиие оборотной воды.
Система оборотного водоснабжения обычно включает отстойники для
осаждения взвешенных примесей, устройства для охлаждения оборотной воды,
насосы для перекачки осветленной воды на охлаждающие устройства и насосы
для подачи охлаждающей воды в систему газоочистки принимают насосы
среднего давления (НСД) с установкой их под заливом; градирни—вентиляторные,
секционные с нагрузкой до 5-7 м^ч на 1 м2 полезной площади градирни.
Во многих случаях загрязненную воду не удается подать в отстойники
самотеком, что вызывает необходимость применения специальных насосов.
Химическая обработка воды, если она необходима, осуществляется обычно
в отстойниках.
Наиболее распространены радиальные отстойники, представляющие собой
круглые железобетонные резервуары диаметром 20-30 м и более, и с дном,
имеющим уклон 0,133 к центру. Вода по специальному желобу поступает в
Рис. 5.16. Схема водного хозяйства доменной
газоочистки: / — газоочистка; 2—самотечные лотки;
3—радиальные отстойники; 4 — шламовая насосная станция; 5 —
туннели всасывающих трубопроводов; 6—насосная
станция; 7-—трубопроводы нагретой воды; 8 —
трубопроводы охлажденной воды; 9 — градирия; J0 — трубопровод
добавочной свежей воды
505

центральную часть отстойника, откуда медленно движется в радиальном
направлении.
Достигнув стенки, осветленная вода через зубчатый водослив переливается
в круговой лоток, из которого по трубопроводу отводится к насосам
осветленной воды. Осадок, выпавший на дно отстойника, непрерывно сгребается
специальными скребками к центру отстойника, откуда в виде пульпы отводится
по трубам к шламовым насосам, перекачивающим его в шламонакопитель или
на обезвоживающую установку. Скребки прикреплены к ферме, которая
вращается вокруг центра отстойника при помощи электрифицированной
тележки, движущейся по круговому рельсу, уложенному по борту отстойника.
Лотки, подающие грязную отработанную воду из газоочистки в радиальные
отстойники, должны иметь минимальную протяженность, коэффициент
шероховатости в них следует принимать не менее 0,016 и уклон,
обеспечивающий скорость 1,10-1,25 м/с; углы поворота должны быть не менее 90 °С
радиусом закругления 3-5 м.
Сточные воды осветляются в две ступени: в отстойниках-ловушках с 3-5
минутным пребыванием и в горизонтальных или радиальных отстойниках с
гидравлической нагрузкой 1-1,5 mV(m2-4). В осветленной воде остаточное
содержание взвешенных веществ составляет 150-200 мг/дм3. Указанная
нагрузка может быть повышена до 2—2,5 м^ч при немарганцовистой руде и
нормальном давлении под колошником. При повышении удельной нагрузки в два раза
эффект осветления снижается всего на 5-7 %. Повышение эффективности
отстойников возможно уменьшением нагрузки в результате добавки коагулянта
(извести, глинозема, железного купороса, полиакрила). Добавка коагулянта
способствует повышению удельной загрузки до 3-4 м^ч на 1 и2.
При необходимости сточные воды нужно нейтрализовать от кислот и
обезвреживать от цианидов. При организации оборотного водоснабжения
необходимо предусматривать стабилизацию оборот ной воды. Для щелочных вод
нейтрализация не требуется.
Безвозвратные потери оборотной воды компенсируются добавочной водой
из источника или из других циклов (тепловой электроцентрали, ПВС,
доменного цеха и др.).
Кинетика выпадения осадка из сточных вод установок очистки доменного
газа, образующегося при выплавке передельного и литейного чугунюв,
зависит от состава руды, шихты и давления газа под колошником доменной печи.
На рис. 5.17 приведены графики выпадения осадка из сточных вод
газоочистки ряда заводов, использующих руды разных месторождений и агломерат
различного приготовления. Как видно из графиков, основная масса взвешенных
веществ выпадает в течение 30^10 мин и около 5-10 % общего количества.
Переработка шлака доменных печей обычно заключается в его грануляции.
Количество сточной воды на 1 т гранулированного шлака составляет 2,5 м3
506

20 40 60 80 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Продачжишслыюспн, Ско[Юс»1ъ выявления частщ
отстаивания, мин
взвеси, мм/с
Рис. 5.17. Кинетика процесса выпадения взвеси из сточных вод доменной газоочистки при работе
печей с высоким (до 170 кШм2) давлением газа под колошником (кривые 1-7) и с низким давлением
{кривая 8) по данным: I — Ншкне-Тагильского металлургического комбината (уральская соколовско-
сарбайская руда); 3 — ждаиовского металлургического завода им. Ильича (криворожская руда); 4 —
Новолипецкого металургического завода (Криворожская и КМА руда); 5 — Череповецкого
металлургического завода (Кольская руда); 6 — завода «Азовсталь» (керченская руда); 7 — при выплавке
ферромарганпевого чугуна; 8 — при работе печи с низким давлением газа под колошником до 70 кН/и
для кислых и нейтральных шлаков и 5 м3 для основных шлаков. Сточные воды
в зависимости от состава выплавляемого чугуна имеют кислую или
щелочную реакцию, и содержат 10-30 мг/дм3 сероводорода, 100-150 мг/дм3
сульфатов, 50-80 мг/дм3 хлоридов и 300-650 мг/дм3 взвешенных веществ.
Для осветления сточных вод грануляционных установок применяются
горизонтальные отстойники.
Осветленная вода после охлаждения и стабилизационной обработки
используется повторно, осадок обезвоживается и утилизируется. Для
предотвращения коррозионного разрушения оборудования (скрубберов высокого давления
и Др.), образования плотных отложений на контактирующих со сточными
водами поверхностях (трубопроводы, аппараты газоочистки и др.) в него вводят
различные специфические добавки (полифосфаш, ИОМС и др.).
Сточные воды подбункерных помещений и машин для разливки чугуна
доменного производства отличаются от стоков газоочиепш значительным
содержанием извести. Они обрабатываются по замкнутой схеме, включающей
смесительную камеру, песколовки и горизонтальные отстойники.
5.3.5. Очистка сточных вод сталеплавильного производства
Сточные воды сталеплавильного производства образуются при очистке
газов мартеновских, электросталеплавильных и кислородно-конвертерных
цехов. Их отличительная особенность заключается в значительном изменения
состава стока в процессе плавки.
50?

Iez.3
Ц
*
4J
Я
! Д
iZ
h
? i-ffl-№HHiU
•I-1
,, p_S
pW7f-/7--|ff-/7-|
3J fiJ Й &
Рис. 5.18. Принципиальная схема водоснабжения газоочисток сталеплавильных агрегатов: / —
дымовая труба; 2 — дымосос; 3 — скруббер; 4 — труба Вснтури; J — открытый гидроциклон; 6 — емкость
для приема очищенной воды; 7—установка для приготовления растворов для нейтрализации и
коагуляции воды; 8 — емкость для приема шламовой пульпы; 9 — емкость для приема сточных код:
/ сгущение шламовой пульпы; II— обезвоживание шлама; Ш— приготовление раствора полиак-
риламида; трубопроводы: м — известковое молоко; и — полиакриламид; шламовая пульпа;
сплошная линия — осветленная вода, пунктирная — загрязненная вода
В целях повторного использования сточных вод на газоочистке их
необходимо осветлять до остаточного содержания взвешенных частиц 150-200 мг/л.
Очистка стоков производится путем выделения взвешенных веществ в
открытых гидроциклонах с обязательной реагентной обработкой полиакрила-
мидом. При этом гидравлические нагрузки соответственно составляют 0,5-
0,7 и 2,5-3 м7(м2-ч).
На рис. 5.18 приведена принципиальная схема водоснабжения газоочисток
сталеплавильных агрегатов с использованием открытых гидроциклонов.
Для очистки сточных вод мартеновской газоочистки применяют радиальные
отстойники или открытые гидроциклоны с гидравлической нагрузкой 6-7 м /
(м2ч) без коагуляции и до 14 м /(м -ч) с коагуляцией. В системе оборотного
водоснабжения рН воды обычно равно 3. Для защиты от коррозии
конструкции системы выполняются кислотостойкими либо предусматривается
обработка сточных вод известью для их нейтрализации. Особую проблему
представляет очистка стоков конвертерной газоочистки. Сточные воды от очистки
конверторных газов рекомендуется направлять в радиальные отстойники или
открытые гидроциклоны [гидравлическая нагрузка на гидроциклоны
принимается равной 5-6 м /(м2-ч) без коагуляции и 12-14 м3/(м2-ч) с коагуляцией].
Здесь весьма перспективно применение магнитной обработки,
используемой пока недостаточно. Так, при применении для очистки коагуляцией
сточных вод конвертерной газоочистки безнапорных магнитных гидроциклонов
нагрузка достигает 14 м /(м -ч), тогда как в случае радиальных отстойников не
превышает 1 м /(м -ч). Положительные результаты получены на
Новолипецком металлургическом комбинате при совместной очистке стоков конвертер-
508

ной и доменной газоочисток; аналогичные схемы широко применяются в
зарубежной практике (рис. 5.19). Осветленная вода стабилизируется (путем
добавления известкового молока, ингибиторов и др.) и после охлаждения (или
без него) используется повторно. Осадок при необходимости подвергается
классификации, затем сгущается, обезвоживается, сушится и утилизируется.
-И
На очистку доменного
газа
Конвертерный
К установке сушки сырья
Рйс.,19.С„™„„нь,„^^^^^^
(Япония): '-^^^2-^^^'^^т^тГу,шгоВ-.9-^^-
тки газов; 5-желоб; {-яяфоФ '■f-'**^ п-фильмы; В -реактор-нейтра-
ноагулятор;;0 — тонкослойный отстойник; Л— сгуститель,^ ч
Г3аТ°Р: ^ „.„«-п-чы косвенного охлаждения конвертерного оборудова-
'- промывные сточные воды фильтров системы ™™™ „„смывные сточные воды фильт-
ния; II — сточные воды из системы очистки доменного газа, ш v
ров из систем водоснабжения МНЛЗ дуговых печей
509

Представляет интерес замкнутая система водоснабжения
электросталеплавильных печей (СПП) и машины непрерывного литья заготовок общей
производительностью 800 м3/ч A60 и 640 м3/ч соответственно) на
металлургическом заводе фирмы «Кисивадо Сейко» (Япония) (рис. 5.20). Вода из приемного
резервуара / с помощью насоса поступает на СПП и МНЛЗ 2. После
использования сточная вода самотеком сбрасывается в заглубленный на уровне 2 м
отстойник 3. Осветленная вода из отстойника насосом 9 подается на магнитный
фильтр типа М фирмы «Хитачи» 4 для доочистки. Фильтр размещен с
внешней стороны стены цеха на отметке 12 м. Магниты фильтра расположены по
периметру. Промывку фильтра обратным током осветленной воды
осуществляют 1 раз в сутки. Профилактический ремонт магнитного фильтра проводят
J раз в год. Доочищенная вода после магнитного фильтра подается в две
вентиляторные градирни 5 размером каждая 4x4 м в плане, расположенные на
отметке + 18 м. После градирен охлажденная вода самотеком поступает в
приемный резервуар и вновь подается в производственный цикл. Загрязненная
вода после промывки магнитного фильтра сбрасывается в сгуститель 6.
Осветленную воду после сгустителя направляют в голову процесса. Осадок из
отстойника и сгустителя насосом подается на конвейерный лоток-сгуститель
7. Обезвоженный до 10 %-й влажности, осадок выгружают в бункер 8 и авто-
Рис 5.20. Технологическая схема замкнутой системы водоснабжения металлургического завода фирмы
«Кисивадо Сейко» (Япония)
510

машинами вывозят на утилизацию. Вода после конвейерного
лотка-сгустителя возвращается в голову процесса.
Основные показатели процесса обработки оборотной воды приведены ниже:
Исходная Обработанная
вода вода
Расход воды, м3/ч 800 800
Время работы, ч/сут 24 24
Температура, "С 60 35
рН Нейтр. Нейтр.
Содержание взвешенных веществ, мг/дм3 400-500 30
Содержание нефтепродуктов, мг/дм3 10-20 10
Количество подпиточной воды замкнутой системы составляет 25 м3/мес,
количество выделенного осадка — 3000 кг/сут (в пересчете на сухой продукт).
Отличием описанной установки является то, что очистные сооружения по
существу отсутствуют, а отдельные узлы технологической схемы весьма
рационально расположены на территории цеха (на стенах, крыше), практически не
занимая производственной площади.
Разливка стали. Изложницы после разливки в них стали на
железнодорожных платформах поступают в душирующее отделение, где они охлаждаются
водой. Около 40 % воды подаваемой на охлаждение изложниц, испаряется
остальная загрязненная вода поступает на очистку.
При разливке стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) вода
расходуется на охлаждение машин и механизмов кристаллизаторов,
обжимных валков, тянущих клетей, газовых резаков, прижимных колодок, а также
Рис. S.21. Схема водоснабжения установки непрерывной
разливки стали: / — накопитель; 2 — кристаллизатор; 3 — подача и
отвод чистой воды от кристаллизаторов; 4 — зона вторичного
охлаждения; 5 — форсунки для опрыскивания металла; 6 — подвод
воды на форсунки; 7 — обжимные валки и балки; 8 и 9 — подвод
и отвод чистой воды на охлаждение валков; 10—тянущие балки:
/ — подвод и отвод чистой воды от тянущих клетей; //— зона
газовой резки; ///— подвод и отвод чистой воды на охлаждение
резаков; /V— затравка; V— сборный резервуар сточных вод; VI
— насос для перекачки сточных вод на первичные отстойники по
трубопроводу VII
511

на охлаждение продукции и гидротранспорт окалины (рис. 5.21). Вода
идущая на охлаждение машин и механизмов в процессе работы не загрязняется, а
только нагревается на 12-15 °С. Удельный расход воды на эти цели составляет
около 3 м /ч на 1 т разлитой стали. К кристаллизаторам и резакам вода
подается с напором 800 кН/м (80 м вод. ст.).
К остальным потребителям под давлением 200-300 кН/м2 B0-30 м вод. ст.).
Расход воды на вторичное охлаждение продукции в зависимости от марки
стали, и сечения слитка составляет, от 0,25 до 2 м3 на 1 т разлитой стали, подается
эта вода под давлением 900 кН/м (90 м вод. ст.). До 20 % этой воды
испаряется, остальная стекает в приямок, служащий первичным отстойником. Для
уборки окалины из-под рольгангов устраивается система гидросмыва, расход воды
на одну установку составляет 80-150 м3/ч.
Для одного ручья МНЛЗ с сечением слитка 200x830 максимальный расход на
кристаллизатор и охлаждение механизмов составляют 610 м3/ч, на вторичное
охлаждение 80 м /ч и на гидросмыв 150 м /ч. Продолжительность рабочего
цикла разливки 70-75 мин, общее число часов работы установки 5-7 в сутки.
Очистка таких сточных вод производится в три ступени. В качестве первой
ступени служат первичные отстойники в виде ямы для окалины,
рассчитанной на время пребывания воды в ней 5-8 мин. На второй ступени очистки
применяются отстойники-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/дм3, масел — 12-20 мг/дм3.
Доочистка сточных вод после отстойников-флотаторов производится на
песчаных или гравийных фильтрах.
5.3.6. Очистка сточных вод ферросплавного производства
Содержание шлама в сточных водах ферросплавного производства — до 2 г/
дм3. Осветление производится на радиальных отстойниках и в шламонакопи-
телях. Для интенсификации процесса осветления в радиальных отстойниках
применяются коагулянты и флокулянты — железный купорос и полиакрила-
мид.
Кислые сточные воды подвергаются нейтрализации одним из щелочных
реагентов. В отдельных случаях для кислых и щелочных стоков создаются
объединенные оборотные системы водоснабжения для стабилизации сточных вод
газоочисток печей, выплавляющих силикомарганец и ферромарганец,
рекомендуется метод реагентной обработки оборотной воды известью в слое
взвешенного осадка. В результате такой обработай кроме стабилизации достиг
ется осветление воды до необходимых пределов.
512

Таблица 5.33
СОСТАВ И КОНЦЕНТРАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В СТОЧНЫХ ВОДАХ,
ВЫПУСКАЕМЫХ В ВОДОЕМЫ ПРОИЗВОДСТВАМИ ФЕРРОСПЛАВОВ
Показатели
j
Температура
Взвешенные вещества
РН
Жесткость общая
Щелочность
Са2*
Mg2t
С1
SO*2
ГСрбш
CN"
CNS
Температура
Взвешенные вещества
рН
Жесткость общая
Щелочность
Сухой остаток
С*21
Mg2

CISC2"
CN
CNS"
В. Проь
Температура
Взвешенные вещества
рН
Жесткость общая
Ща'гочность
Саг+
Mg24
С1
so42
Fe05it
Cr0+
Г.Пр
Температура
Взвешенные вещества
рН
Жесткость общая
Ща-гочность »
Сухой остаток
Са2+
Mg2~
ст
so-2-
0W4
CN"
Единица
измерения
Сточные воды
до очистки после очистки
А. Производство сжикомаргааци
°С
мг/дм3
—
мг-экв/дм
»
мг/дм3
>)
»
»
»
»
»
35-40
800-2000
8,4-8,9
3,8-4,5
120-250
8-10
40-49
900-1500
3000-3200
5-8
11-25
500-700
27-32
200-300
8,4-8,7
3,8-4,5
120-250
2-8
40-49
700-1300
3000-3200
5-8
6-7
500-700
Б. Производство ферросилиция
°С
мг/дм3
—
мг-экв/дм
»
мг/дм3
»
»
»
»
»
>>
33-35
2000
7,8
24,8
3,6
9967
661
29,1
990
1200-1300
5-7
400-600
зводстео безуглеродистого i
°С
мг/дм3
—
мг-экв/дм
»
иг/дм3
»
»
»
»
»
оизводство tie,
°С
мг/дм3
мг-экв/дм
»
мг/дм3
»
»
1*
30
528
10,6
3,25
2,4
40
15,2
120
96
1,25
11-17
недельного ф&р
34-38
450-650
8,6-9
40-57
225
40800
14
474-522
989-1125
256-267
400-700
28-30
450
8,25
35,2
2,65
9862
665
26,7
980
1200-1300
1-3
500-700
тррохрома
5-20
68,36
9,4
4,1
6,9
42
24,4
100
160
16
Отсутствие
рохрома
27-32
165-270
8,6-9
38-53
218
39780
12
452-509
927-1096
248-260
150-70
Метод очистки
Отстаивание с
коагуляцией
FeSO^HiOuHAA
Отстаивание с
коагуляцией
FeS04-7H20 и ПАА,
с нейтрализацией
известью
Отстаивание с
коагуляцией
FeS04-7H20 и ПАА
Отстаивание с
коагуляцией
FeSO.r7H20 и ПАА
.
513

Продолжение табл. 5.32
Показатели
Температура
Взвешенные вещества
рН
Жесткость общая
Щелочность »
Сухой остаток
СГ
Едииица
измерения
Сточные води
ДО ОЧИСТКИ
Д. Разливочные машины
°С До 30
мг/дм3 200-300
— 12
мг-экв/дм3 33,6
» 33-34
ыг/дм3 До 3500
» 146
» 67
после очистки
До 30
60-80
12
33
33-34
До 3500
146
70
Метод очистки
Осветление
Для предотвращения образования плотных солевых отложений в оборотную
воду рекомендуется вводить фосфаты с дозой 3-5 мг/дм3 (в пересчете на Р205).
Сточные воды, содержащие шестивалентный хром, обезвреживаются
методом восстановления до трехвалентного хрома железным купоросом в
щелочной среде с осаждением хрома в виде оксигидрата.
Сточные воды, содержащие цианиды, обрабатываются обычными методами
— окислением в щелочной среде с последующим использованием в обороте.
5.3.7. Очистка сточных вод прокатного производства
Стоки прокатного производства, как и стоки коксохима, относятся к
наиболее загрязненным и трудноперерабатываемым в черной металлургии. Следует
помнить, что прокатный передел выдает основную продукцию, качество
которой напрямую зависит от успешной работы водного хозяйства этого передела.
Сточные воды прокатного производства, содержащие неорганические
взвешенные вещества, образуются в цехах горячей прокатки от листопрокатных
станов, машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и машин огневой
зачистки (МОЗ). Наибольшее количество стоков, загрязненных окалиной и
маслами, образуется при прокатке.
Для возможности повторного использования сточные воды необходимо
очищать до остаточного содержания окалины 40-60 мг/дм3, масла 15-20 мг/дм .
Стоки обрабатываются по следующей технологической схеме. Первичная
очистка от крупных частиц окалины осуществляется в ямах для окалины
различного типа (прямоугольных, цилиндрических, гидроциклических) и грубых
сегчатых фильтрах. Вторичная очистка от взвешенных веществ и масел
осуществляется в горизонтальных и радиальных отстойниках или
гидроциклонах, Третья ступень очистки требуется для устранения дебаланса оборотной
воды, возникающего при наличии потребителей, которым необходимо
подавать воду с малым содержанием взвешенных веществ E-Ю мг/дм3) и от
которых она отходит загрязненной окалиной.
514

Кроме фильтров с зернистой загрузкой (повышенной грязеемкости. с
зернистой плавающей загрузкой) и сетчатых фильтров для третьей ступени очистки
применяют электромагнитные фильтры и сверхскоростные гравийные или
песчаные фильтры. Такие фильтры очищают сточные воды с содержанием
взвешенных твердых частиц не более 100 мг/дм до остаточного содержания их 5~
8 мг/дм3 при гидравлической нагрузке 25-35 м3/(м -ч).
Осветленная вода используется повторно. Осадок может содержать, в
зависимости от технологии прокатки, различное количество масел, что и
определяет, в конечном счете, его утилизационную ценность. Сточные воды МНДЗ
загрязнены, кроме окалины и масла, продуктами разложения
технологических составов, применяемых для обработки поверхности заготовок. Это
обусловливает некоторые изменения в их обработке. После удаления грубодиспер-
сных примесей (ЩП) в яме для окалины стоки рекомендуется очищать в от-
стошшках-флотаторач напорного типа с нагрузкой до 4 м /(м -ч). Применение
умягченной воды позволяет замкнуть цикл.
Сточные воды МОЗ обычно очищают совместно с окалиномаслосодержа-
щими стоками. Однако может применяться и самостоятельная очистка по
схеме: удаление из стока ГДП в яме для окалины, последующая фильтрация на
фильтрах с зернистой загрузкой.
В цехах холодной прокатки образуется много маслосодержащих сточных
вод. В них масла, под которыми подразумеваются практически
нерастворимые в воде жидкие углеводороды сырой нефти, смол, растительных и
минеральных масел, животных жиров, легких и тяжелых топлив, находятся в
пленочном, капельном, коллоидном, эмульгированном и растворенном состоянии.
Очистка маслосодержащих сточных вод может производиться как на
локальных, так и на общезаводских сооружениях с использованием механических,
физико-химических и биохимических методов. Степень очистки зависит от
того, будут ли очищенные воды повторно использоваться в производстве,
подаваться на общегородские очистные сооружения или сбрасываться в водоем.
В первом случае достаточно удалить только большую часть масел, не
подвергая все стоки глубокой очистке, в остальных случаях необходима глубокая
очистка.
В цехах цинкования и лужения применяют установки для обессоливания под-
питочной или циркуляционной воды в замкнутых контурах окончательной
промывки изделий. Для приготовления больших эмульсионных ванн также
требуется очень чистая и мягкая вода.
На локальных очистных сооружениях очищают масяосодержащие стоки
перед их повторным использованием. Обычно это смазочно-охлаждающие
жидкости (СОЖ), прокатные смазки, окалиномаслосодержащие стоки,
промывочные стоки от маслоэмульсионных систем, стоки обезжиривающих установок,
окрасочных отделений и др.; очистка стоков производится с использованием
515

механических (отстаивание, фильтрование, центробежное разделение) и
физико-химических (коагуляция, флокуляция, сорбция, флотация, экстракция,
электрокоагуляция, электрофлотация, окисление, ионный обмен, обратный
осмос) методов. Выделенные в процессе очистки маслосодержащие отходы
уничтожают, реже — утилизируют.
В качестве примера можно привести локальные сооружения по обработке
маслосодержащих стоков — так называемая объединенная схема очистки
стоков (рис. 5.22 — от промывки картеров станов, содержащих масла и взвеси,
отработанных маслоэмульсий обезжиривающих растворов, промывных вод
обезжиривающих установок и маслоэмульсионных систем цеха холодной
прокатки трансформаторной стали ВИЗа (Екатеринбург). После очистки и
кондиционирования вода используется повторно, а выделенные осадки сжигаются.
Рис. 5.22. Переработка маслосодержащих стоков ВИЗа: 1 — усреднитель; 2 — отстойник; 3 — бак-
расходомер; 4 — флотатор; 5 — резервуар осветленной воды; С — выпарная установка; 7 —
резервуар конденсата; Я — сгуститель; 9 — резервуар подготовки стоков к сжиганию; 10 — установка
сжигания маслоотходов; II — сооружения чистого оборотного цикла; 12 — ЦХП:
/— конденсат; //—пенный продукт; III—маслосодержащие стотаые воды; IV-— стокн газоочистки
516

Наибольшие затруднения вызывает очистка стоков, загрязненных
химически растворимыми неорганическими веществами: кислотами, щелочами,
солями. Такие стоки появляются при обработке поверхности металла при
травлении, полировке, нанесении гальванических покрытий и др.; образуются два
вида стоков: отработанные концентрированные технологические растворы,
слабоконцентрированные промывочныежидкости. Концентрированные
растворы практически всегда обрабатывают (очищают) на локальных установках
(например, купоросных), являющихся составной частью основного производства,
после чего используют повторно, а выделенные продукты утилизируют.
Промывочные воды чаще всего обрабатывают на различных нейтрализационных
установках. В настоящее время очищенная вода из-за наличия растворимых
солей используется повторно в совершенно недостаточном количестве (не
более 10-15 % первоначального объема). Сброс ее в водоемы в районах
развитого производства почти всегда нежелателен, поэтому обработка таких стоков
создает проблему их деминерализации перед повторным использованием.
Остановимся более подробно на ставшей уже классической нейтрализации
онной установке ВИЗа, на которой производится обработка промышленных
железосодержащих сернокислотных вод (ГЮ) травильных отделений. Этот
Рте. S.23. Отстойник и флотатор объединенной схемы комплекса очистных сооружений ЦХП
(обший вид)
517

пример показывает порядок работы при разработке локальных установок.
Нейтрализация ПВ приводит к образованию в воде взвешенных веществ, обычно
удаляемых из нее путем осаждения (рис. 5.23). При этом большое значение
имеет структура осадка: крупные и плотные частицы взвеси быстрее оседают,
весь осадок занимает меньший объем и легко поддается механическому
обезвоживанию.
В большинстве случаев о мере влияния того или иного фактора на структуру
хлопьев судили по изменению скорости осаждения. Наибольшее влияние на
осветление нейтрализованной ПВ оказывает содержание в ней солей закисно-
го железе. На рис. 5.24 приведена кривая, являющаяся результатом
систематической обработки и выборки более чем из 500 экспериментов. Связь между X
и Uc выражается эмпирической формулой: U0 = 1/A,1 + &,SX), где U0 —
скорость осаждения гидроксидов железа, мм/с; X— концентрация железа, г/дм.
Для лучшего обезжелезивания воды и получения более плотного осадка
применяется принудительное окисление железа, что и было реализовано в так
называемой технологии получения магнетитового осадка, разработанной Э. Э.
Эликом, С. И. Ремпелем и др. Существенное влияние на скорость осаждения
оказывает рН среды (рис. 5.25).
При очистке и повторном использовании промывных вод травильных
отделений было изучено введение добавок в целях увеличения скорости осажде-
0.6 г
0,4 0,8 1Д 1,6 2Fe2*,iW
Рис. 5.24. Влияние концентрации Fe2+ на скорость осаждения взвеси в нейтрализованной npONfbiBHOH
воде (ПВ)
6 8 Ю 12 рН
Рис. 5.25. Влияние рН нейтрализованной ПВ на скорость осаждения взвеси (концентрация Fe2* \ гида)
518

ния и получения осадка, который лучше поддается механическому
обезвоживанию. Хорошие результаты были получены при использовании флокулянтов,
из которых наибольшее влияние, оказывает гцдролизованный ПАА. Введение
его в систему не меняет характера зависимости скорости осаждения от
различных факторов. Результаты статистической обработки влияния
концентрации железа на скорость осаждения взвеси в присутствии ПАЛ приведены на
рис. 5.26.
Эмпирическая формула для случая с ПАА: U0 = 1/@,47 + 2,ЗХ). На рис. 5.27
представлено влияние количества дозируемого ПАА на скорость осаждения.
Кривая a-at показывает оптимальные количества добавляемого ПАА для воды
с различным содержанием железа.
Тип отстойника выбирали в процессе исследования на
опытно-промышленной установке, работающей на натурных стоках. В составе установки были
два горизонтальных отстойника бункерного типа, вертикальный и
радиальный. Лучшие результаты получены при использовании вертикального и ради-
1,1 (С
ь-1
0,3 -
0,4 0,8 1,2 1,6 2 Fc,rtUM'
Рис. S.26. Влияние концентрации Fez+ на скорость осаждения взвеси а нейтрализованной ПВ с
добавкой 15 мг/дм1 ПАА
Рис. 5.27. Влияние количества добавляемого в нейтрализованную ПВ Л АА в зависимости
экания в ней железа, г/дм!: / — 0,3; 2 — 0,6; 3 — U4 — 13; 5 — 2
519

алыюго отстойников, которые, устойчиво работали даже при повышении
концентрации железа в воде до 2 г/дм3 и более.
При отстаивании нейтрализованных вод образуются сильнообводненныс
осадки, составляющие 3-10 %, а в отдельных случаях до 35 % объема
обрабатываемых сточных вод. Влажность свежевыпавшего осадка 98-99,5 %■ По
своим фильтрационным характеристикам они относятся к труднофильтруемым
суспензиям; при их механическом обезвоживании образуются сильносжимае-
мые осадки с коэффициентом сжимаемости 0,3-0,7 и большим удельным
сопротивлением.
В 1963-1970 гг. на опытно-промышленной базе по очистке
производственных стоков завода и в СвердНИИхиммаше были проведены исследования по
выбору методов и оборудования для механического обезвоживания железо-
гидратных осадков с использованием различных центробежных машин
(НОГШ-350, ОТ23М6-НЖ, А-205, ПСАЛ, СНГ-420, «Лаваль». НОГШ-230, СГ-
230, НОГСГ-350, НВ-350), вакуум-фильтров (барабанных гуммированных типа
БОУ-Ю, с намываемым слоем осадка типа БН, ленточных типа ЛУ),
фильтров-прессов (рамных, ФПАКМ), роторных и керамических фильтров. Были
отработаны и опробованы с положительными результатами четыре
типоразмера непрерывно действующих вертикально расположенных сепараторов с
гидромеханической выгрузкой осадка (НВ-350, НВ-450, НВ-600, НВ-750) с
расчетной производительностью по осадку соответственно 3; 9; 20 и 80 м /ч. В
v
Рис 5 28 Технологическая схема очистки и повторного использования кислых железосодержащих
ПВ 'травильных отделений: I — накопитель; 2 — усреднитель; 3 — камера хлопьеобразования; 4 —
1 то-ппесс ФПАКМ; 5 — фильтр; б—насосная станция; 7 — сушилка СВЛ;#— камера
получения магнетита; 9 — отстойник; 10 — резервуар очищенной воды:
. по. //..— щелочь; III—затравка; IV—флокулянт; V—осветленная вода; VI—вода для подпит-
стемьг VII — очищенная вода на деминерализациошгую установку и в производство; VIII —
•• ~™ ппк на утилизацию или в отвал; IX — пар; X— воздух; XI — осадок; XII — уплотненный
сухой осадив ™ j _ ^ viir л
ыагнетитовяй осадок;ХШ-
- вода от промывки фильтра; XIV— фильтрат
520

Рис. 5.29. Очистка MgO-содеркащих стоков: я — технологическая схема очистки повторного
использования стоков, содержащих мелкодисперсный оксид магния: / — резервуар-усреднитель; 2 —
сгуститель; 3 — фильтр-пресс ФПАКМ; 4 — сушилка; 5 — дозатор:
I—сточная вода; 11 — раствор ПАА; 111— осадок; IV—фильтрат; V—обезвоженный осадок: VI —
сухой осадок на утилизацию; VII — осветленная вода на повторное использование;
6 — общий вид отстойника для MgO-содержащих стоков
521

результате проведенных исследований для обезвоживания осадков на
очистных сооружениях ЦХП ВИЗа были выбраны фильтры-прессы ФПАКМ-25.
В предложенной схеме (рис.5.28) очистка и повторное использование
кислых железосодержащих промышленных вод непрерывно-травильных
агрегатов производятся по замкнутому циклу, включающему следующие процессы:
нейтрализацию 5 %-м известковым молоком до рН 9-10,5; добавление в воду
ПАА и затравки активного гипса; отстаивание воды в вертикальных и
радиальных непрерывно действующих отстойниках; разбавление и доочистку
осветленной воды на кварцевых фильтрах. После такой обработки вода с рН 10,5-
11, жесткостью 30^40 ммоль/дм3 и щелочностью 10-16 ммоль/дм
направляется на повторное использование и частично на обессоливание.
Образующиеся при очистке железосодержащие осадки подвергаются окислению с
получением магнетита, уплотнению, и затем гипсожелезогидратный осадок
обезвоживается на фильтрах-прессах ФПАКМ-25, сушится на вальцеленточной
сушилке и подается на утилизацию.
Другой пример локальной установки ВИЗа. В процессе производства
трансформаторная сталь поступает в башенные печи для рекристаллизационного
отжига. Предохранение от сваривания осуществляется путем нанесения на
поверхность металла термостойкого покрытия, состоящего в основном из
оксида магния. Очистка и повторное использование стоков, содержащих
мелкодисперсный оксид магния, производится по схеме, приведенной на рис. 5.29.
5.4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛАВЕ 5
{.Аксенов В. И., Балакирев В, ф., Филштечков А. А. Проблемы водного хозяйства
металлургических, машиностроительных и металлообрабатывающих предприятий. —
Екатеринбург НИСОУрО РАН, 2002.
2. TiimohhhA. С Инженерно-экологический справочник. Том 2. — Калуга:
Издательство Н. Бочкаревой, 2003. — 881с.
3. Укрупненные нормы водопотребления и водоотведения для различных отраслей
промышленности. СЭВ. ВНИИ ВОДГЕО. — М.:Стройиздат, 1982. 527с.
4. Кагасов В. М., Дсрбышева Е. К Очистка сточных вод коксохимических
предприятий. — Екатеринбург, 2003. — 189 с.
5. Черняев А. М., Прохорова И. Б., Белова Л. Я. и др. Воды России 1996-2000
(Состояние, использование, охрана). — Екатеринбург: Изд-во Рос НИИВХ, 2002. — 254с.
6. Черняев А. М., Прохорова Н. Б., Белова Л. Л. и др. Воды России 2002 (Состояние,
использование, охрана). — Екатеринбург: Изд-во Рос НИИВХ, 2003. 136с.
7. Черняев А. М., Прохорова И. Б, Белова Л. Л. и др. Воды России 2001 (Состояние,
использование, охрана). — Екатеринбург: Изд-во Рос НИИВХ, 2003. — 136с.
8. Ладыгичев М. Г., Чижикош В. М. Сырье для черной металлургии. Справочное
издание. В 2-х томах. Том 2. Экология металлургического производства. — М.:
Теплоэнергетик, 2002. —448с.
522

9. Ладыгичев М. Г., Чижикова В. М., Лобанов В. И. и др. Сырье для черной
металлургии. Справочное издание. В 2-х томах. Том 1. Сырьевая база и производство окус-
кованиого сырья (Сырье, технологии, оборудование). — М.: Машиностроение, 2001.
— 896с.
10. ГригорукА О., Пушкарев Г. Н. Водоснабжение, канализация и очистка сточных
вод коксохимических предприятий. — М. Металлургия, 1987. — 120 с.
11. Шабшшн А. Ф. Оборотное водоснабжение промышленных предприятий. — М.:
Стройиздат, 1972. — 296 с.
12. Сериков И. Ф., Красавцев Г. Я., Ильичев Ю. Я. и др. Водное хозяйство заводов
черной металлургии. — М.: Металлургия, 1973. — 408 с.
13. Вахлер Б. Л. Водоснабжение и водоотведение на металлургических
предприятиях. Справочное издание. — М.: Металлургия, 1977. — 320 с.
14. Аксенов В. И. Замкнутые системы водного хозяйства металлургических
предприятий. 2-е изд. — М.: Металлургия, 1991. — 128 с.
15. Красавцев Г. И., Ильичев Ю. Я., Кашуба А. И. Рациональное использование и
защита водных ресурсов в черной металлургии. — М.: Металлургия, 1989. — 285 е.
16. Аксенов В. И, Беличенко Ю.П., Галкин Ю. А Замкнутые системы
водопользования на трубных предприятиях. —М.: Металлургия, 1987. — 113 с.
523

Глава 6.
ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО ПРЕДПРИЯТИЙ
ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
6.1. ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ ОТРАСЛИ
Динамику использования воды предприятиями цветной металлургии за
последние годы мы вынуждены рассматривать по официальным данным статот-
четности 2ТП-водхоз, поскольку в настоящее время других источников нет.
Эти данные существенно отличаются от ранее приведенных, но в каком-то
смысле пригодны для сравнения. Первоначально рассмотрим статистику за
период 1985-1990 гг. табл. 6.1. Далее, видимо, следует привести результаты,
опубликованные за период 1991-2002 гг. которые даны в более удобной
(расширенной) форме табл. 6.2-6.7.
Имеет смысл рассмотреть динамику «воскрешения» отрасли в последние
годы, например в 1996-1998 гг., по которым есть интересные данные.
Наибольшее влияние производственная деятельность предприятий отрасли
оказывает на состояние воздушного бассейна. Доля отрасли в суммарном сбросе
загрязненных сточных вод промышленностью Российской Федерации
составляет 6,5 %. Предприятия отрасли — источники поступления в окружающую
водную и воздушную среду различных канцерогенных веществ, в том числе
тяжелых металлов.
В 1996 г. объем промышленного производства в отрасли составил 95 % по
отношению к уровню 1995 г. (в 1995 г. к уровню 1994 г. 102 %). Суммарный
расход воды на цели водоснабжения равнялся 8494 млн. м3, или 94 % к уровню
1995 г., в том числе в системах оборотного водоснабжения — 7415 млн. м3
(уровень водооборота 90 %). Относительно предыдущего года величины
забора свежей воды, объемы ее использования, суммарного водоотведения в по-
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДЫ В ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ РСФСР, млн. м'/год
Год
1985
1986
1987
1988
1989
1990
Суммарный расход
на водоснабжение
5578
10329
10402
10122
9513
9451
Использовано воды
всего
1021
1519
1464
1361
1186
1171
в том числе на нужды
хозяйственно-
питьевые
259,7
342,3
355,6
352,0
285,0
303,0

производственные
760
1156
1093
998
874
832
орошения и
обводнения
3,9
3,4
4,0
4,0
5,0

сельскохозяйственного
водоснабжения
0,95
1,5
1,0
1,0
2,0
_ 2,0
прочие
Н.Д.
15,2
11,0
6,0
21,0
29,0
й „
Расход в систем
повторного
водоснабжети
4557
8810
8938
8761
8327
8280
/<Г„,,.
0,86
0,88
0,89
0,90
0,91
0,91
524

Таблица 6.2
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИЕЙ, млн. м3/год
Показатели
Забрано воды из водных объектов
В том числе из подземных источников
Использовано свежей воды, всего:
в т.ч. морской
пресной
Использовано пресной воды на нужды:
хозяйственно-питьевые
Орошения
сельскохозяйственного
водоснабжения
Сброшено сточных, шахтно-руппичных и кодлекторно-
дренажных вод в поверхностные водные объекты, всего:
в т.ч. нормативно-чистых
требующих очистки
из них:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и повторно-последовательного
водоснабжения
Суммарный расход на цели водоснабжения
Мощность очистных сооружений
в т.ч. перед сбросом в водные объекты
1991г.
1713
533
1266
2
1264
364
867
4
1
1083
262
821
142
475
204
9535
10801
1200
1134
1992 г.
1737
518
1304
2
1302
367
901
4
2
1175
422
753
150
432
171
8426
9730
1076
1030
Таблица 6.3
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИЕЙ, млн. rf/гоЛ
Показатели
Забрано воды из водных объектов всего:
в т.ч. из подземных источников
Использовано свежей воды, всего:
в т.ч. морской
пресной
Использовано пресной еюды на нужды:
хозяйствеино-пнтьевые
производственные
орошения
Сельскохозяйственпого-водоснабжения
Сброшено сточных, инмтно-рудпичиих и коллекторно-
дренажных вод в поверхностные водные объекты, всего;
в т.ч. нормативно-чистых
требующих очистки
из них:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и повторно-
последовательного водоснабжения
Суммарный расход на цели водоснабжения
Мощность очистных сооружений
втч перед сбросом в водные объекты _
1993 г. | 1994 г.
млн м^/год
1713
498
1264
0,4
1263
338
877
6
2
1116
411
852
155
383
167
8680
9944
1075
1034
1535
503
1196
0,36
1196
322
825
7
2
1066
381
768
186
328
170
7884
9080
1047
1004
Прирост ча 1994 г. |
млн. м3/год
-178
5
-68
-0,04
-67
-16
-52
1
0
-50
-30
-84
31
-55
3
-796
-864
-28
-30
__%___!
1
-5
-10
-5
-5
-6
17
0
-4
-7
-10
20
-14
2
-9
-9
-3
-3
525

Продолжение табл. 6.3
Показатели
Забрано воды из водных объектов, всего:
в т.ч. из подземных источников
Использовано свежей воды, всего:
в т.ч. морской
пресной
Использовано пресной воды на нужды:
хозяйственно-питьевые
производственные
орошения
сельскохозяйственного водоснабжения
Сброшено сточных, шахтно-рудпичных н коллекторно-
дренажных вод в поверхностные водные объекты, всего:
в т.ч. нормативно-чистых
требующих очистки
из них:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и повторно-
последовательного водоснабжения
Суммарный расход на цели водоснабжения
Мощность очистных сооружений, всего
в т.ч. перед сбросом в водные объекты
1993 г.
млн т.
1466
492
1156
0
1156
282
828
3,3
1,6
937
298
639
190
339
НО
7872
9028
1534
1503
1994 г.
VrOA
1388
411
1079
0
1079
258
789
2,2
1,4
874
291
583
200
283
100
7415
8494
935
909
Прирост
млн. м7год
-78
-81
-77
-
-77
-24
-39
-1,1
-0,2
-63
-7
-56
10
-56
-10
-457
-534
-599
-594
за 1994 г.
%
-5
-17
-7
-
-7
-9
-5
-33
-13
-7
-2
-9
5
-17
-9
-6
-6
-39
-40
Табл и на 6.4
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИЕЙ, млн, м3/год
Показатели
Забрано воды из водных объектов, всего:
В т.ч. нз подземных источников
Использовано свежей воды, всего:
в т.ч. морской
пресной
Использовано пресной воды на нужды:
хозяйственно- питьевые
производственные
орошения
сельскохозяйственного водоснабжения
Сброшено сточных, шахтно-рудничных н коллекторно-
дренажных вод в поверхностные водные объекты, всего:
в т.ч. норматнвно-чистых
требующих очистки
из ннх:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах обораного и повторно-
послеловательного водоснабжения
Суммарный расход на цели водоснабжения
Мощность очистных сооружений
в т.ч. перед сбросом в водные объекты
1996 г.
МЛН И
1388
411
1079
0
1079
258
789
2,2
1,4
874
291
583
200
283
100
7415
8494
935
909
1997 г.
^/год
1286
372
983
0
983
225
724
4,9
1,1
841
312
529
174
251
104
6492
7475
886
864
Прирост
млн. м'Угод
-120
-39
-96
0
-96
-33
-65
2,7
-0,3
-33
21
-54
-26
-32
4
-923
-1019
-49
^*5
за 1997 г.
%
-9
-9
-9
0
-9
-13
-8
123
-i,
7
-9
-13
-11
4
-12
-12
-5
-5
526

Таблица 6.5
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИЕЙ, млн. м'/год
Показатели
Забрано воды из водных объектов, всего:
в т.ч. из подземных источников
Использовано свежей воды, всего:
в т.ч. морской
лреслой
Использовано пресной воды на нужда:
хозяйственно-питьевые
производственн ые
орошения
сельскохозяйственного водоснабжения
Сброшено сточных, шахтно-рудничных и коллскторно-
дренажных вод в поверхностные водное объекты, всего:
в т.ч. иормвтивгю-чкешх
требующих очнеткн
из них:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и повторно-
последовательного водоснабжения
Суммарный расход на цели водоснабжения
Мощность очистных сооружений, всего
в т.ч. перед сбросом в водные объекты
1997 г. 11998 г.
КПП М
1286
372
983
0
983
225
724
4,9
1,1
841
312
529
174
25!
104
6492
7475
886
864
■тда
116«
366
868
0,9
867
194
646
8,3
0,7
769
279
490
176
201
113
5924
6792
803
782
Прирост
млн. лгТгод
-100
-6
-115
0,9
-116
-31
-78
3,4
-0,4
-72
-33
-39
2
-SO
9
-568
-683
-83
-82
за 1998 г.
%
S
-1,6
-12
-12
-14
-II
69,4
-36
-9
-I/
-7
1
-20
8,3
-9
-9
-9
-9
Таблица 6.6
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИЕЙ, млн. м>/год
Показатели
Забрано воды из водных объектов, всего:
в т.ч. из подземных источников
Использовано свежей вода, всего:
в т.ч. морской
пресной
Использовано пресной воды на нужды:
хозяйственно-питьевые
производственные
орошения
сельскохозяйственного водоснабжения
Сброшено сточных, шахтно-рудничных и коллекторно-
дренажных вод в поверхностные водные объекты, всего:
в т.ч. нормативпо-чистых
требующих очистки
из них:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и повторно-
последовательного водоснабжения
Суммарный расход на дели водоснабжения
Мощность очистных сооружений, всего:
в т.ч. перед сбросом в водные объекты
1999 г. 20CDT.
1601
387
1274
0,9
1273
169
1075
8,2
0,97
1193
713
480
152
211
117
7737
9011
850
826
1489
524
882
0
882
155
722
0,07
0,93
856
347
50Р
169
224
116
6881
7763
1154
1087
527

Таблица 6.7
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИЕЙ, млн. м3/год
Показатели
Забрано воды из водных объектов, всего:
В т.ч. из подземных источников
Использовано свежей воды, всего:
в т.ч. морской
пресной
Использовано пресной воды на нужды:
хозяйственно-питьевые
производственные
орошения
сельскохозяйственного водоснабжения
Сброшено сточных, шахтно-рудничных н коллекторно-
дренажных вод в поверхностные водные объекты, всего:
в т.ч. нормативно-чистых
требующих очистки
из них:
сброшено без очистки
недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и повторно-
последовательного водоснабжения
Мощность очистных сооружений, всего
в т.ч. перед сбросом в водные объекты
2001 г.
1536
475
951
0,9
950
159
784
0,25
1,4
930
350
580
220
219
141
7265
1009
927
2002 г.
1625
440
1015
0,9
1014
149
860
0,25
0,71
955
396
559
209
212
137
6945
1060
915
Прирост за 2002 г.
млн. м Угод
89
-35
64
0
63
-10
76
0
-0,69
25
46
-21
11
-7
^1
-320
51
-12
%
5,8
-7,2
6,7
0
6,6
-6,3
9,7
0
-49,3
2,7
13
-3,6
-5
-3,2
-3
-4,4
5,1
-1,3
Таблица 6.8
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИЕЙ, млн. м!/год
ПОКЯЗЕПГС1И
Забрано воды из водных объектов, всего:
в т.ч. из подземных источников
Использовано свежей воды, всего:
Использовано пресной воды на нужды:
хозяйственно-питьевые
производственные
орошения
сельскохозяйственного водоснабжения
Сброшено сточных, шахтно-рудничных н коллекторно-
дренажных вод в поверхностные водные объекты, всего:
в т.ч. нормативно-чистых
требующих очистки
нз них:
сброшеио без очистки и недостаточно очищенных
нормативно-очищенных
Расход в системах оборотного и повторно-
последовательного водоснабжения
2002 г.
1625
440
1015
149
860
0,25
0,71
955
396
559
421
137
6945
2003 г.
1520
404
984
137
841
0,03
0,80
894
341
553
420
133
7059
Прирост
млн. м7год
-105
-36
-31
-12
-19
-0,22
-0,09
-61
-55
-6
-1
-4
114
за 2003 г.
%
-6,5
-8,2
-3
-8
-2,2
-88
-12,7
-6,4
-14
-1,1
-0,2
-3
1,6
528

верхностные водные объекты сократились на 5; 7 и 7 % соответственно. В
структуре отводимых в открытые водоемы сточных вод нормативно-чистые
составляют 33,3 % A991 г. — 24 %, 1995 г. — 32 %), недостаточно очищенные
— 32,4 A991 г. — 44,1995 г. —■ 36), сброшенные сточные воды без очистки —
22,9 A991 г.—13,1,1995 г. — 20,8), нормативно-очищенные —11,4 A991 г. —
18,8,1995 г. — 11,7 %). Структурный анализ позволяет сделать вывод, что, как
и в предыдущем году, при снижении объема отводимых сточных вод
предприятиями отрасли их качественный состав не улучшился, а сброс без
предварительной очистки нарастает.
Одним из крупнейших источников загрязнения водных объектов в отрасли в
1996 г., как и в прошлые годы, были АО «Норильский комбинат», АО
«Комбинат «Североникель» (г. Мончегорск), АО «ГМК «Печентаникель» (г. Никель).
Доля этих предприятий в общем сбросе загрязненных сточных вод в отрасли
составила 31,3 %, в общем промышленном загрязненном сбросе по
Российской Федерации —2 %.
В 1997 г. отмечался значительный рост производства в медной и никель-
кобальтовой подотрасли, который был обеспечен в основном за счет резкого
увеличения производства металлов предприятиями АО «Норильский
комбинат» и АО «Комбинат «Североникель». Объем использования воды
предприятиями отрасли в 1997 г. составил 91,15 от уровня 1996 г. (982,9 млн. м3). На
высоком уровне остается экономия свежей воды за счет применения
оборотных систем — 90 %. Сброс загрязненных сточных вод в 1997 г. снизился до
88,1 % от уровня 1996 г. за счет уменьшения объема сточных вод,
сбрасываемых без очистки — с 200 млн. м3 в 1996 г. до 174 в 1997 г.
В 1998 г. продолжался начавшийся в предыдущем году рост производства в
алюминиевой A03,4 % к 1997 г.) и медной A02,1 %) подотраслях. На никель-
кобальтовой подотрасли после резкого в 1997 г. увеличения (на 20,9 %)
производства металлов (за счет АО «Норильский комбинат» и АО «Комбинат
«Североникель») вновь отмечался спад до 96,2 % к 1997 г. Такая же тенденция
характерна и для свинцово-цинковой подотрасли A11,6 и 96,4 %).
К числу крупнейших загрязнителей поверхностных водных объектов
относятся АО «Норильский комбинат» (в 1998 г. — 25,6 % общего отраслевого
сброса загрязненных сточных вод, в 1997 г.— 22,1 %).
Основные предприятия АО «Норильский никель» расположены в
экологически неблагополучных районах Прилолярья — на Кольском полуострове
(Мурманская область) и на Таймыре (Красноярский край). За счет
осуществления на предприятиях комплекса водоохранных мероприятий в сточных
водах постепенно снижается содержание никеля, меди и кобальта. В 1998 г.
относительно 1997 г. удельный сброс загрязненных сточных вод уменьшился на
12 %. Но, несмотря на принимаемые меры, существенного улучшения
качества воды в реках не отмечается. Водоохранные мероприятия не могут дать
529

быстрого результата, нормализация качественного состояния рек в районах
расположения комбината потребует длительного времени. Согласно отчетным
данным, на АО «Норильский комбинат» через очистные сооружения проходит
43,3 % сточных вод.
В 1997 году сброс загрязненных сточных вод АО «Комбината «Северони-
кель» составил 4,5 % от общего отраслевого, в 1998 г. — 4,4 %, в 2000 г. —
18,34 млн. м\ По опытным данным через очистные сооружения проходит 100 %
сточных вод данного предприятия.
Сброс загрязненных сточных вод АО «ГМК «Печенганикель» в 1997 г.
составил — 3 %, в 2000 г. •— 28,68 млн. м\ А через очистные сооружения
проходит 68,3 % сточных вод предприятия.
В 2000 г. на предприятии РАО «Норильский никель» приходится треть
сброса загрязненных сточных вод в цветной металлургии A32,75 млн. м3).
Предприятия РАО «Норильский никель» проводили большую работу по
очистке сточных вод, в результате чего содержание никеля в них значительно
снизилось. Однако водоохранные мероприятия не могут дать быстрого
результата, нормализация качественного состояния рек в районах расположения
комбината, несмотря на принимаемые меры, неудовлетворительна. Значительную
часть в сбросах загрязненных сточных вод предприятий РАО «Норильский
никель» составляют сбросы жилишно-коммунального хозяйства, поскольку эти
предприятия являются градообразующими и данные о них включаются в
статистическую отчетность.
В цветной металлургии суммарный расход воды на цели водоснабжения за
1998 год снизился на 683 млн. м3 (9 %), в том числе свежей воды — на 115 млн.
м , оборотной — на 568 млн. м . Экономия воды за счет оборотных систем
водоснабжения осталась на достаточно высоком уровне — 90,2 %.
Использование свежей воды непосредственно на производственные нужды
уменьшилось на 11 %, что значительно ниже, чем в 1997 г. D.5 %). Суммарный объем
водоотведения сократился на 9,2 %. По отношению к 1997 г. сброс в
поверхностные водные объекты составил 91,4 %, в накопители — 69,3 %, в подземные
горизонты —125,7 %. Количество загрязненных сточных вод ежегодно
снижалось н в 1998 г. составило 88,8 % от уровня 1997 г. (в 1997 г. — 88,1 % от
1996 г.) в основном за счет уменьшения сброса недостаточно очищенных
сточных вод.
По статистике за период с 1991 по 1998 гг. главный показатель потребление
свежей воды — постоянно снижался, а оборотное водоснабжение возрастало
и превысило 90 %, хотя мощность очистных сооружений, составлявшая в 1995 г.
1534 млн. м3/год, к 1998 г. упала до 803 млн. м3/год.
По данным государственного водного кадастра, в 2000 г. объем сточных вод,
сброшенных предприятиями отрасли в поверхностные водоемы, составил
921,41 млн. м3 103,1 % к уровню 1999 г.). В структуре сброса сточных вод в
530

поверхностные водные объекты превалируют загрязненные сточные воды (82%),
далее по объему сброса следуют нормативно чистые A6 %) и нормативно
очищенные B %) сточные воды. Объем сброса загрязненных сточных вод в целом
по отрасли вырос за 2000 г. на 8 % в сравнении с уровнем 1999 г. и составил
755,1 млн. м3 (четвертый показатель среди отраслей промышленности).
Ввиду того, что предприятия цветной металлургии по сравнению с другими
промышленными предприятиями наиболее интенсивно загрязняют
окружающую среду и, прежде всего воду, имеет смысл остановиться на этом подробнее.
Общая минерализация и химический состав пресных вод зависят от
конкретных условий, однако существуют усредненные оценки применительно к
таким системам в глобальном масштабе. В соответствии с ними средняя
минерализация речной воды составляет 120 мг/дм3. а средние концентрации таких
элементов, как железо, цинк, медь, мышьяк, свинец, кадмий, ртуть,
соответственно 90; 26; 7; 2; 1; 0,2 и 0,07 мкг/дм3. Эти оценки относятся к
растворенным формам элементов, тогда как значительно большие количества
различных элементов присутствуют в поверхностных пресных водах в виде взвесей.
В таком состоянии в водах рек содержится более 98 % титана, скандия,
ниобия, ванадия, галлия, хрома; 90-98 % кобальта, никеля, циркония, тория; 70-
80 % всей массы меди, цинка, молибдена. Это способствует накоплению в
донных отложениях взвешенных частиц и малорастворимых соединений,
следовательно, концентрация токсичных веществ в донных осадках становится выше,
чем в воде. Активная жизнедеятельность бентоса часто способствует
преобразованию загрязнителей, а именно концентрированию в различных
организмах, переводу из менее токсичной формы в более токсичную и т. п., что
позволяет оценивать влияние загрязнителей в этой среде гораздо эффективнее, чем
в вышележащих слоях.
Формы нахождения металлов в воде в значительной мере определяют их
поведение. Важную роль играют процессы образования трудно растворимых
соединений с различными компонентами водной среды и их седиментация,
участие в реакциях образования комплексов с разными лнгандами, сорбции
взвешенными веществами и ионного обмена.
Цветные металлы в водных средах могут участвовать в реакциях
образования малорастворимых соединений, что переводит основное их количество в
коллоидную взвешенную фракцию и донные отложения. Примером могут
служить реакции образования сульфидов. При определенных условиях
(отсутствие кислорода) в водной среде появляется H2S, диссоциирующий с
образованием HS" и S2" — ионов, что приводит к выпадению в донные отложения
осадка малорастворимых сульфидов, например цинка и кадмия. После
прекращения загрязнения осадки с высоким содержанием металлов могут
служить их поставщиками в водную среду.
531

Если в чистых всдных растворах равновесная концентрация металла может
быть определена исходя из величины произведения растворимости (ПР), то в
реальных водных системах использовать эту константу некорректно,
поскольку растворимость осадка будет зависеть от ионной силы раствора, его
температуры, наличия примесей, химических реакций, величины рН и т.д. Чаще
всего величина ПР может служить для оценки нижней границы содержания
металла. Однако определение реатьных концентраций металлов в водной
среде показывает, что они, как правило, значительно выше значений, полученных
исходя из про изведения растворимости. Такая картина характерна для
кадмия, кобальта, меди, цинка; она обусловлена процессами комплексообразова-
ния с лигандами, находящимися в водной среде. В качестве лигандов,
способных образовывать достаточно прочные комплексные соединения, можно
отметить, например, аминокислоты, гуминовые вещества и другие соединения.
Участие металлов в процессах комплексообразования важно еще и потому,
что зачастую оно обусловливает снижение их токсичности по отношению к
гидробионтам, поскольку токсической формой являются, как правило,
свободные ионы металлов. Следовательно, суммарная концентрация металла может
превышать предельно допустимую, но концентрация собственно токсической
формы будет на субтоксическом уровне. Комплексообразование может также
существенно влиять на окислительно-восстановительные процессы, меняя
растворимость и биологическую доступность металлов.
Таким образом, в водной среде металлы участвуют в многостороннем
равновесии, что часто снижает их токсичность по отношению к гидробионтам,
поскольку свободные ионы металлов обычно более токсичны. Поглощение же
загрязняющих веществ гидробионтами определяется усвоением с пищей и
абсорбцией из водной среды. Поэтому скорость биологического накопления
зависит от общей скорости дыхания (т.е. потребления с водой) и скорости
потребления с пищей. В то же время выведение токсичных веществ из
организмов гидробионтов определяется природой токсиканта. При рассмотрении
особенностей водных экосистем не следует забывать об их открытости и
чрезвычайно важной роли воды для экосистем суши, поскольку именно она
является веществом, необходимым для существования всех форм жизни на Земле.
В силу этого качество водной среды будет оказывать влияние не только на
водные биоценозы, но и на ее потребителей в экосистемах суши, в том числе
на человека при удовлетворении им физиологической потребности в воде.
Значительная часть технологических процессов предприятий цветной
металлургии в силу различных причин (традиционности технологий,
крупнотоннажное™ ряда производств, снижения содержания ценных компонентов в
перерабатываемом сырье, изменения состава сырья и т.п.) характеризуется
сравнительно малой степенью замкнутости и достаточно высоким выходом
отходов на единицу получаемой продукции. Образующиеся при этом потом
532

загрязняющих веществ чрезвычайно разнообразны по своей природе, что
обусловливает широкий спектр их воздействия на природные системы.
Многообразие эффектов обусловлено еще и тем, что все компоненты окружающей
среды связаны между собой потоками вещества и энергии, обеспечивающими
цикличность процессов, а это способствует распространению материальных
загрязнителей.
Действительно, загрязняющие вещества первоначально выбрасываются в
атмосферу, воду, почву, поверхностные слои литосферы и в результате
процессов пере носа распространяются по всем звеньям природных систем.
Поэтому эффекты, вызываемые их воздействием, делятся на две группы. К
первичным относят те, которые возникают в биоценозе в результате влияния на
него загрязнителя из среды, в которую осуществляется техногенный выброс, а
к вторичным — влияние из других косных сред, в которые загрязнитель попал
в результате процессов переноса. Иногда вторичные эффекты могут оказаться
определяющими в итоговой картине.
При сбросе стоков, поступающих с предприятий цветной металлургии,
концентрация тяжелых металлов в воде становится выше их природного
(фонового) содержания. Основная масса тяжелых металлов (Zn, Си, И, Со, Pb, Cd)
находится, как сказано выше, в виде мелкодисперсной взвеси. Для таких
металлов, как Zn и Си, наблюдаются одинаковые концентрации в планктоне и
донных отложениях из-за хорошей их растворимости. Отличия характерны
для донной фауны, что обусловлено в значительной мере особенностями
образа жизни (малоподвижный), типа питания (фильтрационный механизм) и
процессами обмена веществ в организмах. Коэффициенты накопления К
(отношение концентрации загрязнителя в организме гидробионта к
концентрации его в водной среде) тяжелых металлов гидробионтами могут достигать
значительных величин (от сотен до десятков тысяч), но для всех типов водных
систем они уменьшаются при переходе от планктона к рыбе (за исключением
такого металла, как Hg, о чем будет сказано ниже). Коэффициенты накопления
некоторых тяжелых металлов различными видами пресноводных гидробион-
тов находятся в следующих пределах: кадмий — 10-200, медь — 60-120,
железо — 190, никель — 85-235, цинк — 22-780. Особое место среди тяжелых
металлов занимает ртуть.
В настоящее время в нашей практике вновь обратились к проблеме ртутного
загрязнения, хотя она далеко не нова. В 50-60-е годы в Японии была открыта
болезнь, названная минаматой (по имени поселка на восточном побережье о-
ва Кюсю), связанная с ртутным отравлением. Симптомы болезни —
отмирание мышц рук и ног, поражение головного мозга, потеря речи. Причина
возникновения болезни — сброс неочищенных ртутьсодержащих стоков
химического концерна «Тиссо». Этот пример стал классическим уроком пагубного
влияния на здоровье людей сбросов сточных вод, содержащих ИТМ и особен-
533

но ртуть. Вообще же биохимический круговорот ртути осуществляется между
лито-, гидро- и атмосферой. Поведение ртути в гидросфере обусловлено
жизнедеятельностью бактерий. Накапливая ртуть, некоторые бактерии переводят
ее из неорганической формы в органическую (моно- и диметилртуть), которая
выводится из организмов благодаря высокой летучести. Ион монометилртути
остается в водной среде, включается в пищевые цепочки, довольно длинные
вводных экосистемах, и накапливается там. Так, коэффициенты накопления
метилртути для морских рыб достигают 5-Ю5, а в речных системах для
фитопланктона 1-Ю5 и хищных рыб — 4-10s. Таким образом, защитная реакция
одних гидробионтов на заражение ртутью вызывает повышенное накопление
ее в пищевых цепочках, причем в особо токсической форме, и создает
опасность для человека при употреблении в пищу рыбопродуктов. Схожую
реакцию (метилирование) микробные сообщества водных экосистем проявляют и
по отношению к таким элементам, как Se, Те, As, что также необходимо
учитывать при оценке поведения этих загрязнителей в экосистемах.
Вероятно, следует остановиться на воздействии еще двух металлов (или их
соединений): свинца и кадмия. К числу наиболее опасных ядовитых металлов
-загрязнителей окружающей среды относится свинец. В качестве
антидетонационной добавки к моторному топливу тетраэтилсвипец (ТЭС) постепенно
утрачивает свое значение, а значит, главный (в прошлом) источник
загрязнения свинцом окружающей среды теперь все больше отходит на задний план.
Свинец может попадать в природную среду и при металлургических
процессах, когда перерабатываются руды, содержащие сульфиды, он содержится в
красках, служащих антикоррозийньвш покрытиями (РЬ204), может
выделяться и из оцинкованной посуды (в цинке возможны примеси свинца), из глазури
в керамической посуде (где также возможна примесь свинца), свинцового
стекла, особенно при потреблении кислых блюд и напитков. Загрязнение
окружающей среды свинцом также может осуществляться при использовании сви-
нецсодержащих соединений, например умягчителей и пластмасс, при
пользовании свинцовыми аккумуляторами и в целом ряде областей техники и
производственных процессов, где применяются продукты, содержащие свинец.
На тех производственных участках, где высвобождается свободный свинец,
действует норматив, устанавливающий предельно допустимую концентрацию
на уровне 0,1 мкг свинца на 1 дм3 воздуха. При этом в крови возникает
концентрация свинца 0,6 мкг/мл, что примерно соответствует его концентрации в
моче 0,06 мкг/мл. Признаки заболевания наблюдаются при содержании
свинца в крови, 1 мкг/мл или соответственно 0,1 мкг/мл в моче. Признаки
отравления выражаются в действии на ткани гладких мышц, в нарушениях гемосин-
теза в костях и в воздействии на моторную (управляющую двигательной
активностью) нервную систему; у детей отмечается заметное замедление
умственного развития.
534

Нельзя недооценивать действие на организм человека накашивающегося
вблизи земной поверхности аэрозоля кадмия. Металлический кадмий входит
в состав различных сплавов, идет на изготовление никель-кадмиевых
аккумуляторов, встречается в иле сточных вод ив мусоре больших городов, вместе с
фосфорными удобрениями (особенно производства африканских стран)
попадает в почву, содержится во многих люминесцентных составах,
высвобождается в следовых количествах при всех процессах горения. Но, как правило, в
окружающую среду попадают только следы кадмия. Этот металл обладает
способностью накапливаться в организме, и через несколько лет его
концентрация при систематическом поглощении тканями организма будет во много раз
превышать исходную. Связываясь со специфическим белком-переносчиком,
так называемым металлотионином, существование которого установлено по
поглощению организмом тяжелых металлов, кадмий особенно накапливается
в коре надпочечников. Наряду с этим видом поглощения кадмий, подобно
кальцию, откладывается в костях, образуя трехзамещенный фосфат кадмия.
Одновременно ионы Са2+вымываются из костей, что сопровождается болезненным
усыханием скелета. Это заболевание впервые было открыто в Японии,
получив название итаи-итаи. Наряду с воздействием на костную систему в
результате систематического отравления кадмием на зубах появляется желтоватый
налет CdS, происходит патологическое изменение слизистой оболочки
носоглотки, сопровождающееся снижением числа эритроцитов и почечной
недостаточностью. Опыты с крысами показали возможность возникновения рака легких
под действием аэрозолей CdCl^ следовательно, существует опасность
канцерогенного воздействия биологически активных ионов кадмия на человека.
Таблица 6.9
ПОТРЕБЛЕНИЕ КАДМИЯ В МИРЕ ЗА 1968-1978 гг., т
Страна
Европейское сообщество
ФРГ
Бельгия и Люксембург
Нидерланды
Дания
Великобритания
Европа*
Африка
США
Америка
Австралия
Советский Союз
Весь мир
* За исключением стран-члел
1968 г.
3533
1702
608
874
300
49
24
1439
5305
1504
1591
10
6045
6175
188
1735
15974
ос СЭВ.
1970г.
4012
1801
781
370
72
24
1313
5S15
1495
1545
10
4110
4227
220
1725
14599
1972 г.
4512
1964
1086
1018
350
94
8
1354
6299
1886
2092
10
4110
4227
220
1725
17474
1974 г.
7100
2016
1682
1454
430
77
0
1441
7613
968
1158
12
5488
5749
165
2100
18015
1976 г.
6753
2100
1735
958
360
80
6
1414
7296
1181
1377
12
5381
5617
178
3200
1805)
1978 г.
6247
1836
1464
1085
450
50
8
1354
6712
1131
1321
13
4545
4695
113
2500
16784
, 1
S3S

Таблица 6.10
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
В НЕКОТОРЫХ ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ, мг/кг или мг/дм3
Продукты питания
Ртуть
Пределы содержания/
Норма
Свинец
Пределы содержания/
Норма
Яйца 0,0008-0,24/0,03* 0,0002-0,8689/0,2
Свинина 0,001-0,18/0,05 0,01-0,6/0,3
Свиная печень 0,001-1,434/0,1 0,007-1,488/0,8
Пресноводная рыба 0,0005-2,74/1,0 0,0005-1,08/0,5
Морская рыба 0,0035-1,78/1,0 —
Зелень 0,00025-0,033/- 0,0025-9,136/1,2
Корнеплоды 0,00025-0,0125/- 0,0005-1,54/0,5
Зерно 0,0005-0,642/0,03 0,01-0,61/0,5
Картофель 0,0005-0,0154/0,02 0,0015-0,391/0,2
Вино — 0,005-3,08/0,3
Питьевая вода 0,00002-0,002/0,004 0,0021-0,0225/0,04
Молоко — 0,001-0,0835/0,05
* В числителе — пределы содержания, в знаменателе — норма.
Кадмий
Пределы содержания/
Норма
0,0005-0,0871/0,05
0,001-0,099/0,1
0,0025-1,61/0,8
0,0005-0,8035/0,05
0,001-0,3875/0,1
0,0005-0,116/0,05
0,004-0,8/0,1
0,001-0,202/0,1
0,0005-0,03/0,1
0,0004-0,0044/0,006
0,001-0,007/0,0025
Вследствие высокой токсичности и необычайно большого периода
полувыведения кадмия его ПДК составляет 0,05 мг/м3 воздуха. Принимаемая с пищей
доза не должна превышать 0,5 мг в неделю. Благодаря повышенной
способности кадмия связываться с металлоионином между сывороткой крови и мочой
не устанавливается состояние равновесия, и определяемая концентрация
кадмия в моче не может дать истинного представления о его содержании в
организме человека.
Интересно проследить потребление кадмия в мире табл. 6.9, хотя в
последнее время это потребление немного сократилось. Представляют также
интерес данные ртути, свинца и кадмия в некоторых продуктах
распространенности табл. 6.10.
6.2. ОБРАЗОВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД
Сложность проблемы охраны поверхностных пресных вод от загрязнения
обусловлена чрезвычайно разнообразным составом сточных вод, образующихся
на предприятиях цветной металлургии. Это определяется широким спектром
технологических процессов, разнообразием исходного сырья и характером
использования воды.
Условно сточные воды предприятий в зависимости от вида технологической
деятельности можно разделить на пять основных групп: шахтные и
рудничные воды горных предприятий; обогатительных фабрик; металлургического
производства (пиро- и гидрометаллургии, заводов ОЦМ); сопутствующих
химических производств; вспомогательных производств (энергетика, транспорт,
ремонтно-механические цеха и др.).
536

Имеет смысл перечислить технологические процессы, наиболее интенсивно
потребляющие воду различного качества. К сожалению, свести в одну
таблицу использование воды в огромном количестве технологических процессов
отрасли весьма сложно, поэтому мы ограничимся перечислением наиболее
общих групп водопотребителей на предприятиях цветной металлургии:
• системы испарительного охлаждения пирометаллургических агрегатов;
• котельные установки утилизации тепла;
• системы проточного охлаждения пирометаллургических агрегатов и
гидрометаллургических аппаратов;
• холодильные системы энергетических установок;
• устройства охлаждения трущихся узлов механического оборудования;
• гидроуплотнения насосного и дробильно-размольного оборудования;
• устройства для гидропылеподавления и гидросмыва;
• мойка автотранспорта и погрузочно-разгрузочных машин;
• устройства для мокрого бурения;
• устройства для дробления и измельчения полезных ископаемых; дражный
флот;
• гидротранспорт;
• устройства для гравитационного обогащения;
• флотационные машины;
• устройства для сорбционного и экстракционного обогащения;
электролитные и другие гидрометаллургические цеха;
• грануляционные установки;
• устройства для мокрой очистки металлургических газов и
вентиляционных выбросов.
Разумеется, приведенная классификация не исчерпывает всего
многообразия водопотребителей в цветной металлургии. В нее не включены
специфичные для некоторых предприятий расходы воды на охлаждение прокатных и
волочильных станов, приготовление травильных и обезжиривающих
растворов, электролитов и др. Примерные требования к качеству воды,
используемой для охлаждения, очистки газов и обогащения полезных ископаемых,
приведены в табл. 6.11. Отмстим, что к оборотной воде предъявляются
определенные требования по термостабильности табл. 6.12. Так, термостабильность
воды I категории не должна превышать 2 баллов.
Химический состав оборотной охлаждающей воды не должен
способствовать развитию биологических обрастаний на поверхностях оборотных систем
с интенсивностью более чем 70 мг/(м2-ч) (по воздушно-сухой массе). Вместе с
тем охлаждающая вода не должна вызывать коррозии в слое более чем 0,1 мм/
год. При этом ориентировочно можно принимать, что для поддержания малой
агрессивной активности воды (например, по отношению к углеродистой
стали прн отсутствии катализаторов коррозии) достаточно поддерживать суммар-
S37

s
в
I
в
ill
I °
I J J
I "I "I
I I .1
"I "I "I
VV
_i i
9<A
To
«% \Л
«we
r^ to
538

ШКАЛА ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТИ ВОДЫ
Таблица 6.12
Группа термостабильности воды
Совершенно термостабильная
Термостабильная
Ограниченно термостабильная
Нетермостабильиая
Скорость образования карбонатных отложений
сКч'-ч)
0
0,3
1,5-3
15
мм/мес
0
0,1
0,5-1
5
Термостабилысость воды,
усл. балл
1
2
4
б
Таблица 6.13
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДЫ В ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ, %
Производство
Алюминиевое
Никель-кобальтовое
Медное
Свинцово-цинковое
Вольфрамомолибденовое
Титаномагниевое
Обработка цветных металлов
Редкометалльиое
Сурьмяно-ртугное
Оловянное
Общее водопотребление
39,2
30,1
9,0
9,5
2,5
3,4
3,1
2,0
0,-
0,5
Сброс сточных вод
383
21,8
8,5
9,3
8,5
6,1
5,5
0,6
0,2
Таблица 6.14
КОНЦЕНТРАЦИЯ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ШАХТНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ
ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ, мг/дм»
Показатель качества
Общая минерализация
Мышьяк
Фтор
Никель
Медь
Кальций
Магний
Сульфат-ион
Хлор-нон
Состав 1
2-Ю3
0,2-0,6
7-14
Состав 2
5-8-103
До1
До 20
Состав 3
Около 1-Ю3
1
0,02
99
96
382
203
539

Таблица 6.15
СОДЕРЖАНИЕ ПРИМЕСЕЙ Б СТОЧНЫХ ВОДАХ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК,
мг/дм*
Показатель качества
Сухой остаток
кальции
Магний
Хлор
Сульфат-ион
Сульфид-иои
Медь
Свинец
Цинк
Никель
Железо
Цианиды и роданиды
Ксантогенаты
Мышьяк
Фенол
Нефтепродукты
Сурьма
Молибден
Окисляемость
гдп
Вольфрамо-молибдсновыс
и сурьмянс-ртутные
200-13000
160-200
—
140-740
250-5900
0-1000
0-50
0,4-17,0
0,3-1,0
—
0,3-1,4
0-0,8
0-0,04
0,1-6,0
0,1-7.0
0-33,0
0,1-25,0
Следы-740
45-1С0
30-12600
Медные
2600-3800
160-950
26-60
200-550
400-4500
0-5
0-0,2
—
0,09-10
—
0,2-0,3
—
0,5-24
0-0,5
0-7,0
0,03-S,0
—
—
25-190
80-1300
Полиметаллические
460-5400
16-230
5-30
5-170
40-1500
—
0,3-10
0,2-0,8
с.з-1 soo
—
—
0-30
—
0-0,01
0-9
—
30-200
Никель-кобальтовые
360-2000
10-140
3-40
10-300
20-400
—
0,02-1,8
—
—
0,02-0,1
0,7-13,0
0-21
—
_
—
—
—
—
—
20-350
Таблица 6.16
ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД СВИНЦОВЫХ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК
Показатели
Количество сточных вод:
м3 на 1 т перерабатываемой руды
процент общего стока
Рн
Щелочность, мг-экв/дм
Концентрация загрязнений, мг/дм3:
грубодисперсные примеси
медь Cu2f (в фильтрованной воде)
фенол
Значение показателей загрязненных сточных вод
сливы сгустителей
свинцового концентрата
—
2,5
8,3
2
12400
0
0,44
ХВОСТОВОЙ СТОК
после флотации
97,5
8,6
8,6
456300
0
3,5
обший сток
фабрики
4-6
100
8,3
4,6
127400
0
3,2
540

Таблица 6.17
ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ
ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК
Показатели
Количество сточных вод:
ь^на 1 т перерабатываемой руды
процент общего стока
Щелочность, мг-зкн/длг
Концентрация загрязнений, мг/дм:
грубодисперсные примеси
сухой остаток
хлориды
сульфаты
железо общее
медь (в фильтрованной воде)
никель (в фильтрованной воде)
кобальт (в фильтрованной воде)
крезол в пересчетеиа фенол
ксантогенаты
Значения показателей загрязненных сточных вод
Сливы сгустителей
медного
концентрата
4
8,3
16,1
160
1360
18
80
0,04
2Д
0,55
перечпеток
4
8,4
8,5
1030
880
540
23,5
2,94
40
0,051
0,25
Фильтрат
впкуум-
фильтров
2
8,1
8,5
1800
1540
650
0,24
0,03
2,24
0,007
0,28
Хвостовой
сток
90
9,5
13,6
180550
1225
33S
0,04
0,49
0
0,3
Общий сток
фабрикя
4,1
100
6,8
0,51
196 600
440
8,7
430
0,13
7,4
0,9
Таблица 6.18
ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД МЕДНО-ВОЛЬФРАМОВЫХ
ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК
Показатели
Количество сточных вод:
м3яа 1 т перерабатываемой руды
процент общего стока
рН
Кислотность, ыг-экв/ддг
Щелочность,»
Концентрация загрязнений, мг/дм:
грубодисперсные примеси
сухой остаток —
Значение показателей загрязненных сточных вод
сток после
доводки
концентрата
1,6
1.2
75,4
108
6600
маточный
расгвор после
выщелачивания
концентрата
0,8
0,05
1390
306
221 600
сливы
отстойников
медного
концентрата
2
8,7
41,6
118
4100
общий сток
фабрики
2,5
95,6
8,4
11,2
415 300
2000
541

Таблица 6.19
ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД МЕДНО-МОЛИБДЕНОВЫХ
ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК
Показатели
Количество сточных вод:
м3 на 1 т перерабатываемой руды
процент общего стока
рН
Щелочность, мг-экв/дм3
Концентрация загрязнений, мг/дм3:
грубодисперсные примеси
сухой остаток
сероводород
хлориды
сульфаты
медь (в фильтрованной воде)
свинец (в фильтрованной воде)
нефтепродукты
ксантогенаты
Значение показателей загрязненных сточных вод
Сливы сгустителей концентратов
молибденовых
1,5
8,2-12
8,2-17
570
13 200
1660
384
30,8-593
1
медных
1,5
12,1
11,4
2200
10 340
230
53
0,7-8
Хвостовой сток
после основной
молибденовой
флотации
97
8,3-10
2,8-9,8
183 000
316-660
0
8
29,6-64,2
1,3-1,8
0,88-0,05
16-30
1-4J
Общий сток
фабрика
3-4
100
10,1
9,8
171 700
1170
0
25,2
1,8
0,03
16
0,5
Таблица 6.20
ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД ВОЛЬФРАМОВЫХ
ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК
Показатели
Количество сточных вод, mj иа 1 т перерабатываемой руды
рН
Щелочность, мг-экв/длг
Кислотность,»
Концентрация загрязнений, мг/дм3:
грубодисперсные примеси
сухой остаток
хлориды
сульфаты
мышьяк (в отстоянной 2 ч воде)
вещества, экстрагируемые эфиром
ксантогенаты
Значения показателей загрязненного
общего стока
U1
10
15,4
250 000
2510
25
0
10-20
542

Таблица 6.21
ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД ОЛОВЯННЫХ
ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК
Показатели
Количество сточных вод;
иг на 1 т перерабатываемой руды
процент общего стока
рН
Щелочность, мг-эмУдм3
Концентрация загрязнений, мг/дм :
грубодислерсные примеси
сухой остаток
хлориды
медь
свинец
мышьяк
нефтепродукты
ксаитогеиаты
Значение показателей загрязненных сточных вод
дренажные
фабрики
7,5
5,7
0,15-0,32
350-27800
3300-14 860
0,1-10
0,1-0,6
0,014-0,033
12-20
0,02
сливы сгустителей
оловянного
концентрата
52,5
6,8
0.16
1350
3000
0-8,3
0,2-0,6
0,012
7,6-9,7
общий сток
фабрики
8
100
7,4
2
23 900-56 500
190-250
5,6
0
Таблица 6.22
ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД ФЛЮОРИТНО-БАРИТОВЫХ
ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК
Показатели
Количество сточных вод;
м3 на 1 т перерабатываемой руцы
процент общего стока
рн
Щелочность, мг-экв/дм3
Концентрация загрязнений, мг/дм3".
грубодисиерсиые примеси
сухой остаток
сероводород
хлориды
сульфаты
фториды
железо общее
уайт-егшрнт
Значение показателей загрязненных сточных вод
сливы сгустителей
концентрата
9,8
7,5
4,7
490
436
1,9
10,5
79,1
2,3
0,06
_2Ы—
отвальные хвосты
90,2
8.7
6,5
92 010
27,5
17,1
177,9
20
0,35
30,4
общий сток фабрики
1,2
100
8,4
4,8
19 730
3,9
14,3
97,1
16
0,1
26,5
543

Таблица 6.23
СОДЕРЖАНИЕ ПРИМЕСЕЙ В СТОЧНЫХ ВОДАХ СВИНЦОВО-ЦИНКОВОГО
ПРОИЗВОДСТВА, мг/дм'
Показатель
качества
Свинец
Цинк
Медь
Железо
Кадмий
Сурьма
Селен
Мышьяк
Фтор
Сульфат-ион
Сухой остаток
гдп
Нефтепродукт
Цеха, переделы
обжиговые
1200
900
3,9
14,5
2914
1650
переработки
пылен и оксидов
0,6
0,5
0,2
3,8
0,1
4309
9440
143
химико-
металлургические
230
191
20
94
50
5
25
грануляция
шлака
0,6
0,7
0,2
0,2
80
2251
20509
250

Сернокислотное
производство
3
937
179
2200
34
6
4
1296
2430
1645
40
Таблица 6.24
СОДЕРЖАНИЕ ПРИМЕСЕЙ В СТОЧНЫХ ВОДАХ ЗАВОДОВ
ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ, мг/дм'
Показатель качества
РН
Медь
Цилк
Железо (общее)
Никель
Хром (общий)
Алюминий
гдп
Сульфат-ж»з
Хлор-ион
Масла и нефтепродукты
1,0-3,4
50-1420
9-408
66-12
5-300
17-478
480
20-490
330-3080
300
20-185
Сточные воды
щелочные
10
—
—
—
—
460
670
1430
1120
20
обработки
4,9
280
—
—
—
—
86
310
—
—
—
маслосодержащие
6,3-7.6
1,3-244
19-432
1,5-2,6
—
30
—
30-900
210
8
14-458 _
Таблица 6.25
СОДЕРЖАНИЕ ПРИМЕСЕЙ В СТОЧНЫХ ВОДАХ НИКЕЛЬ-КОБАЛЬТОВОГО
ПРОИЗВОДСТВА, мг/дм3
Показатель
качества
Никель
Медь
Железо (общее)
Сухой остаток
Сульфат-ион
Хлор-ион
Рафинировочные цеха
флотация
1Д
0,7
1.1
700
300
—
металлургия
0,7
0,1
1
77
—
—
цеха
0,5
0,2
0,9
24000
12200
3000

гидрометаллургия
5,5
1,2
0,3
27800
—
5200
Карбонильные цеха
шламовые
участки
5,7
0,4
5,9
71000
—
27200
плавильные
Чека
•,5
_
22,22
100
_
—
солевые
стоки
—
230
23900
—
50000
—
544

Таблица 6.26
СОДЕРЖАНИЕ ПРИМЕСЕЙ В СТОЧНЫХ ВОДАХ МЕДЕПЛАВИЛЬНЫХ
ЗАВОДОВ, мг/дм3
Показатель
качества
Сухой остаток
В т.ч.
Сульфаты
Хлориды
Медь
Цинк
Свинец
Мышьяк
Нефтепродукты
ГДП
Цех
медеплавильный,
сернокислотный
1720
630
360
0,3
0,1
Следы
14
21

электролитный
3270
2100
520
13
24
120
30
31

ремонтный
1630
570
350
35
65

травильный
3550
1060
75
400
55
11
редкомета
лльпьш
7800
3300
40
850
21
134

сернокислотный
14780
J30

шламовый
72
29
28
ЭЛСКТро-
фИЛЬТроВ
4100
1660
310
660
15
144
Таблица 6.27
СОДЕРЖАНИЕ ПРИМЕСЕЙ В СТОЧНЫХ ВОДАХ ТИТАНО-МАГНИЕВОГО
Показатель качества
Сухой остаток
Хлор-ион
Сульфат-иои
Кальций
Мапшй
Калий
Натрий
Железо (общее)
Мель
Титан
Ванадий
Мышьяк
Соляная кислота
Хлор активный
ГДП
Титановое производство .
газоочистка
142
53,7
93
0,9
145,9
35
S
24,1
2
45,6
0,19
0.9
34,7
0,18
29

восстановление
289
96
5,7
277
31,8
31,7
143
49
размыв
титановых
возгонов
2500
1230
0,8
37,2
1.2
11,6
4,7
47,2
0,59
337
Магниевое производство

гидрометаллургия
264
187
2,4
0,018
4,2
28
0,948
198
6,5
газоочистка
7
6,4
0,6
21
0,105
электролиз,
газоочистка
255
83,2
102,9
545

Таблица 6.28
ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ АЛЮМИНИЕВОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Процессы, связанные
с образованием сточных вод
Характеристика сточных вод
Охлаждение теплообменников,
компрессоров, воздуходувок,
декомпозеров, маслостанций, подшипников!
дымососов, мельниц, роликовых опор
печей
Охлаждение холодильников печей
спекания н кальцинации
Конденсация пара в барометрических
конденсаторах смешения при упаривании и
фильтрации растворов
Мытье аппаратуры, оборудования и полов
Очистка газов на скрубберах и в
электрофильтрах, выбросы системы
аспирации воздуха
Гидротранспортирование шлама
Производство глинозема
Незагрязненные. Температура на 10-15 °С выше
|температуры исходной воды
Содержат спековую пыль, глинозем из окружающего
воздуха и из неплотностей течек, а также
взвешенные вещества до 50 мг/дм3. Температура на
15-25 °С выше температуры исходной воды
Содержат NaOH, Na2CCb с концентрацией до 250 мг/
дм3 н ионы алюминия
Загрязнены щелочью, алюминатными растворами,
шламом
Загрязнены спековой пылью и щелочью
Охлаждение теплообменников
I электропреобразовательных подстанций,
компрессоров, электропечей, миксеров,
прокаленных печей
Охлаждение кристаллизаторов установок
полунепрерывного литья
Охлаждение анодной массы и электродов о
ваннах
Содержат до 4000 мг/дм3 щелочи, исходное
содержание шлама—100-120 г/дм3, конечное после
шламонакопителя — до 100 мг/дм3
Производство металлического алюминия
Гидротранспортироваиие шлама из
отделения регенерации криолита
(подшламовая вода)
Незагрязненные. Температура на 10-15 °С выше
температуры исходной воды
Охлаждение прокаленных печей,
охлаждение подшипников мельниц,
компрессоров, вакуум-насосов,
токоподволов, вакуум-печей,
индукционных печей
Охлаждение электродов в ваннах прессов
Пневмотранспортирование от отделения
механообработки электродной продукции
Содержат нефтепродукты до 20 мг/дм3. Температура
иа 10-20 °С выше температуры исходной воды
Загрязнены угольной пылью и частицами пека до
1000 мг/дм3. Температура на 10-20 °С выше
температуры исходной воды
Содержат в растворенном состоянии до 17 мг/дм3
CaF2; до 400 мг/дм3 Na3AlF6; 10-30 г/дм3 NasCOj +
NaHC03; 10-50 г/дм3 Na2S04l и до Мг/дм3 NaOH*
Производство электродов
Незагрязненные. Температура на 10-15 °С выше
температуры исходной воды
Содержат нефтепродукты — до 20 мг/длг, частицы
угольной пылн и пека — до 1000 мг/дм
Загрязнены угольной и графитовой пылью —до
5 г/дм3
546

Продолжение табл. 6.28
Процессы, связанные
с образованием сточных вод
Характеристика сточных вод
Охлаждение подшипников печей,
воздуходувок, компрессоров
Охлаждение холодильников плавиковой
кислоты, вакуум-насосов, орошение
барометрических конденсаторов
Газоочистка
Гидротранспортироваиие гипса
Мытье оборудования и трубопроводов
Производство криолита и фтористых солеи
Незагрязненные. Температура на 10-15 °С выше
температуры исходной воды
Содержат в растворенном состоянии до 10 мг/дм3
HF. Температура на 10-20 СС выше температуры
исходной воды '
Загрязнены HF, взвешенными веществами
Загрязнены HF до 100 мг/дм3
Загрязнены HF, NaF, H2Sa, CaSO*. NaOH, АЬОз и
пр.
* Содержание твердых частиц в подшггамовой воде: Al(OH)j, Cafr, АЩ—50-60 t!rm\ угольной пыли
и смолистых частиц—22-25 г/дм3.
Таблица 6.29
ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧПЫХ ВОД СВШЩОВО-ЦИНКОВЫХ
ЗАВОДОВ, мг/дм3
Показатели
Количество сточных вод:
м3 на 1 т свинца
процент общего стока
рН
Щелочность, мг-экв/дм3
Концентрация загрязнений, мг/длг:
грубодисиерсные примеси
сухой остаток
хлориды
сульфаты
железо общее
медь
свинец
цинк
нкксль
кобальт
кадмий
марганец
мышьяк
сурьма
Значения показателей загрязненных сточных вод
от электролитного
цеха
—
15
7,6
4,2
50
610-2820
15-390
40-970
1,5
0,21
038
1,3-230
0
0
Следы
7,1
0,03
Следы
от цеха
выщелачивания
—
0,3
6,5-7.8
0,9-6
48
2800-6330
6(М20
110-3025
U
0.03-1,7
0,03-13,2
8,1-1966
1 г
1,6
1,2
30,7
3,4
0,05
0,16
от вельц-цеха
127,5
6,5
7,9
4,6
45-110
600-2500
20-400
100-1045
0,5
0,8-3
5,8
1,2
t\ t i
0,11
0,04
0,11
547

©о
М ЧО
CN CN
-« "г » о
1 ' о о ~'
"С о
ел
о
00
о1
ЧО
ГА
in
К
■*
t—l
О
1—1
S3.
о о
"*о'
Ол
о
»л
4D
3 3 ч $
* <о п ^
8 Г1Й§П0|
в" <=> сч" §> * '
СП
ЧО
+
о
о
OS
" S м с>
^ « я
ЧО f_I
с- г~
00
го
3*
II
Q. 5
•л
О
tn
о
О О
О г-
•п о о ' •■
сч
1. <N
В 8.
I
|н8 |
I чо в- I
VO
ст.
ЧО
00
<Ч
е tj- -
l; о vd
vo fN *П
•Л
о Я о
о
ЧО
СП 00
С> CN
5 8
со со
о „ ,~.
о ° ^
ро ГЧ Г-
оо VI г-"
сч сч оо
чо о
К 15
« о о
~ 1 ID О
й Its I s
&
548

Таблица 6.31
ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД КОБАЛЬТОВЫХ ЗАВОДОВ
Показателя
Количество сточных вод:
м3 на 1 т кобальта
процент общего стока
рн
Щелочность, мг-экв/дм3
Концентрация загрязнений, мг/дм:
грубоднсперсные примеси
сухой остаток
хлориды
сульфаты
карбонаты
бикврбонатьт
железо общее (в фнльтрошикиг
воде)
медь (в фильтрованной воде)
кобальт (в фильтрованной воде)
кремнекислота
хлор активный
Значения показателей загрязненных сточных вол
от осаждения
карбоната после
фильтр-прессов
15
8,6
29,3
350
73130
14660
38020
586
962
0
0,4
3,6
от
приготовления
гипохлорита
натрия
4
10,3
4,3
75
847
114
140
67
0
9,8
0
0,04
5
от
аоектрелизя
и промывки
33
9
13,4
155
16300
4135
10860
42П
177
ftWS
0
отгидро-
металлургического
получения
кобальта
П,5
48
8,5
4,9
116
12100
3110
8600
0
0
0,03
Спелы
ХАРАКТЕРИСТИКА
Таблица 6.32
СТОЧНЫХ ВОД ОЛОВЯННЫХ ЗАВОДОВ
Показатели
Количество сточных вод:
м3 на 1 т меди
процент общего стока
рн
Концентрация загрязнений, мг/дм :
грубоднсперсные примеси
сухой остаток
хлориды
медь
свинец
мышьяк
нефтепродукты
Значения показателе»! загрязненных сточных сод
от выщелачивания
40
843-1340
5150-5680
3600
17-18
1,4-3
0,004-20
0-6,4
от охлаждения плавильных
печей и грануляции шлака
265
60
166
292
ОД
0,4
0,011
2.8
549

Таблица 6.33
ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД ЦИНКОВЫХ ЗАВОДОВ
Показатели
Количество сточных вод:
м3 на I т цинка
процент общего стока
рН
Кисиотность, мг-экв/дм3
Щелочность, мг-экв/д\Г
Концентрация загрязнений,
мг/дм3:
грубодисперсные примеси
сухой остаток
хлориды
сульфаты
медь
цинк
мышьяк
Значения показателей загрязненных сточных вод
ог вельц-цега
и тушения
клинкера
—
94
7,2
—
0,75
45
363
8,7
204,5
од
9
0,004
от кадмиевого
цеха и промывки
губки
—
0,2
3,8
—
4
110
I61II0
9468
76498
0,3
34400
0
от цеха
выщелачивания
—
0.1
1,8
56^
—
310
70290
6188
40162
0,S
8800
3,9
от электролитного цеха
от промывки
дроса
—
4,7
7,6
—
1,5
278
310
го
117,3
од
2.4
0
дренажные
воды
230
1
1
214,6
—
114
71425
51
42261
ид
20600
0
ную концентрацию хлор- и сульфат-ионов не выше 100 мг/дм3, сухой остаток
не должен превышать 500 мг/дм3, карбонатная жесткость должна быть не
больше 2,5 мг-экв/дм , рН выдерживать в интервале 6-9, а концентрация
растворенного свободного кислорода не должна превышать 6 мг/дм3. О
водоснабжении и водоотведении различных производств в цветной металлургии можно
судить из табл. 6.13. В табл. 6.14-6.33 приведены примерные составы сточных
вод различных производств предприятий цветной металлургии.
На горнорудных предприятиях цветной металлургии осуществляется
добыча руды как подземным способом (на рудниках), так и открытым способом (в
карьерах). Основное количество руд добывается подземным способом. На ряде
предприятий применяется технология добычи руды с закладкой
выработанного пространства. В настоящее время гидро- и бетонозакладкой обеспечивается
около 15 % выработанного пространства.
При добыче руд подземным способом вода используется для следующих
целей: бурение шпуров и скважин с промывкой, пылеподавление с помощью
форсунок, оросителей и др., гидросмыв рудной мелочи, обмывание выработок
и оборудования, а также при гидро- и бетонозакладке выработанного
пространства. На поверхности вода расходуется для охлаждения компрессоров и на
хозяйственно-бытовые нужды.
550

Система водоснабжения рудников с последовательным использованием воды;
система водоснабжения компрессорных станций, как правило, оборотная с
добавлением в систему свежей воды или очищенной воды шахтного
водоотлива. При добыче руд открытым способом вода, так же как и на руднике,
используется при бурении; однако основное количество расходуемой на карьерах воды
используется для пылеподавления при производстве взрывов (вода питьевого
качества), при экскавации горной массы, при искусственном проветривании
карьеров, а также для полива карьерных дорог.
При добыче рудной массы карьерным или шахтным способом происходит
вскрытие водоносных горизонтов, что приводит к образованию шахтного или
рудничного водоотлива. Количество и состав этих стоков зависят от
мощности водоносных горизонтов и характера смываемых горных пород. Общая
минерализация стоков может достигать значений нескольких грамм на 1 дм3, в
том числе содержание ионов тяжелых и цветных металлов — десятых долей
грамма на 1 дм3. На горнорудных предприятиях устраиваются три
водопроводные сети: хозяйственно-питьевой воды; оборотной воды для
компрессорной станции; свежей технической воды.
В качестве технической воды рекомендуется использовать очищенные
рудничные воды, если качество их не противопоказано требованиям.
Вода, использованная на различные подземные нужды на рудниках,
поступает вместе с рудничными водами в промышленную канализацию,
откачивается на поверхность и (после осветления) сбрасывается в водоем или в хвос-
тохранилище обогатительной фабрики. В ряде случаев рудничные воды
используются в качестве технологической воды на обогатительных фабриках,
как в процессе флотации, так и при транспортировании отвальных хвостов.
Соответственно устраиваются три сети канализации: бытовых сточных вод;
условно-чистых вод, поступающих в систему оборотного водоснабжения
компрессорной станции; загрязненных шахтных вод, направляемых на очистные
сооружения.
Рудничные воды загрязнены нерудной породой, щепой от крепежного леса,
различными твердыми включениями, маслами. Концентрация взвешенных
веществ достигает 1500 мг/дм3.
Одной из самых серьезных проблем в отечественной и зарубежной
практике, связанных с образованием рудничных вод, является их использование.
Часто места добычи удалены от обогатительных и металлургических производств,
где эти воды могли бы быть использованы. Кроме того, их количество, как
правило, избыточно, а состав таков, что применение требует
соответствующей часто весьма сложной обработки. В результате используется лишь
немногим более 20 % рудничных вод.
Рудничные воды очищаются от грубодисперсных примесей обычно
отстаиванием. Степень необходимого осветления воды при отстаивании зависит от
551

дальнейшего использования или от условий сброса. Для ускорения процесса
осветления рудничных вод до требуемой степени очистки применяется
коагулирование. Коагулянтами (в зависимости от принятой схемы очистки) могут
служить известь, сульфат железа, сульфат алюминия, полиакриламид.
Обогащение руд цветных металлов производят флотационным или
гравитационным методом с целью концентрации и разделения ценных компонентов
сырья, предназначенных для последующего получения меди, цинка, свища и
других цветных металлов. Пустая порода (хвосты) транспортируется в отвал.
На обогатительных фабриках цветной металлургии в качестве флотореаген-
тов широко применяются гомологи и изомеры органических кислот, их соли
щелочных металлов, ксантогенаты, дитиофосфаты, спирты, алкилсулъфаты,
сульфонаты, алифатические амины, соли четвертичных аммониевых
оснований, ароматические углеводороды, нефтепродукты, медный купорос,
сернистый натрий, цианиды, силикат натрия, неорганические кислоты и щелочи.
Основное количество воды, потребляемой обогатительными фабриками,
расходуется на технологические нужды. При измельчении руды воду расходуют
для создания определенного отношения Т:Ж, необходимого для помола,
транспортирования и классификации измельченного продукта. При флотации воду
подают для создания отношения Т:Ж пульпы и для транспортирования пенного
продукта. Вода расходуется также на охлаждение маслоохладителей и
подшипников дробилок, масляных станций мельниц, вакуум-насосов, дымососов и т.д.
Нормативные требования к качеству воды, используемой в системах
повторного и оборотного водоснабжения, приведены в табл. 6.34.
Схемы водоснабжения и канализаций обогатительных фабрик зависят от
многих факторов: характеристики перерабатываемого сырья, применяемых флото-
реагентов, места расположения фабрик, способов обогащения и др. В
настоящее время на фабриках, работающих по гравитационной схеме обогащения, как
правило, применяется система оборотного водоснабжения. На обогатительных
фабриках, работающих по флотационной схеме обогащения, применяется
прямоточная система водоснабжения, с оборотом воды и смешанная.
Общий сток обогатительных фабрик, как правило, имеет нейтральный или
щелочной водородный показатель, большое содержание взвешенных веществ
за счет частиц пустой породы, характеризуется наличием флотореагентов и
содержанием металлов. Например, содержание взвешенных веществ
колеблется от десятков миллиграммов до нескольких граммов (иногда до 10-12) в
1 дм3, общее солесодержание — от сотен миллиграммов до нескольких
граммов, металлов-— от сотых долей миллиграмма до граммовых количеств в 1 дм •
Специфика технологического цикла позволяет в большинстве случаев после
удаления взвешенных веществ при отстаивании в хвостохранилище повторно
использовать воду в обогатительном производстве. Поэтому на значительной
части обогатительных фабрик хвостохранилище служит единственным очио-
552

го
а
К
S
3
«а
IB
В
ее w
w
ив
si
WW
S
ЕЗ
I
I
I
PQ
О
О
o
ё
g
о
!
о
го
о
П
о
о
»л го
te
IS
о-
о
К
&а
1
&
й
«5
8
■Л гг,
О.
о
о
со
а
о
со
о
со
а
о
со
а
«
2
I
!
I
^ VI ГО ОО"
-. * л «Ч
О in
ft Г-
о °°
О г- ГО ОО"
•- 1
•Л
г*
£J
о
о
со со
ft *"
А Ю
«
Я>
13
ч
«
а
а
о
I 8
iS« 1
в I С и- 5
CQ СО со Р- К
о
а 2 g
с «
О
а
о
CN
а
о
о
о

Таблица 6.35
НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ
СВИНЦОВЫМИ И ЦИНКОВЫМИ ЗАВОДАМИ, ПРОИЗВОДСТВАМИ МЕДИ,
НИКЕЛЯ, ТИТАНОВОЙ ГУБКИ И РАФИНИРОВАННОГО МАГНИЯ
Показатели
Единица
измерения
Вода для охлаждения продукта в
теплообменник аппаратах (без
соприкосновения с ним) при температуре
охлаждаемого продукта или стенки, °С
<80
80-400
>400(с
огневым
обогревом)
А. Свипцово-цинковое и сернокислотное производства
Температура
Взвешенные вещества
Эфнрорастворимые
рН
Жесткость:
общая
карбонатная
Сухой остаток
СГ
Необщ
Ионы тяжелых металлов
Температура
Взвешенные вещества
Эфирораствори мые
Запах
рН
Жесткость:
общая
карбонатная
Щелочность общая
Сухой остаток
СГ
Fe^
Ионы меди и цишеа
6. ffpot
Температура
Взвешенные вещества
Эф1форастворимые
рН
Жесткость:
общая
карбонатная
°С
мг/дмэ
»
—
мг-экв/дм3
»
мг/дм3
»
»
»
Б.П
°С
мг/дм3
»
балл
—
мг-экв/дм3
»
»
мг/дм3
»
»
»
До 28
» 30
» 20
7-8,5
Не нормируется
До 3,5
> 2000
350
До 4
Не нормируется
До 40
» 30
» 20
7-8,5
До 7
3
1300
250
До 4
> 10
До 45
» 30
» 20
7-8,5
До 7
3
До 800
150
До 4
» 10
юизеодство меди и никеля
До 30
» 50
» 20
» 3
7-8,5
Не нормируется
До 3,5
» 4
» 2000
> 350
> 4
» 9
—
_
—
—
—
—
—
_
—
—
—
—
До 45
» 30
» 20
> 3
7-8,5
До 7
> 3
» 3
» 800
» 150
> 4
» 9
зводстео титановой губки и рафинированного магния
°С
мг/дм3
»
—
мг-экв/дм3
»
До 30
» 30
> 20
7,2-8,5
Не нормируется
3,5
До 40
» 30
> 20
7,2-8,5
До 7
» 3
^
.
—
—
—
Вода, используемая
как среда,
поглощающая и
транспортирующая
примеси,с
нагревом
До 40
» 150
Не нормируются
Не нормируется
»
—
—
Не нормируется
—
—
Не нормируется
Тоже
До 30
Не нормируется
Тоже
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
6-9
Не нормируется
То же
554

Продолжение табл. 6.35
Показатели
Сухой остаток
СГ
Кеыщ
Ионы тяжелых металлов
Хлор «активный»
Поверхностно-активные
вещества
Единица
измерения
мг/дм3
»
»
»
»
»
Вода для охлаждения продукта в
теплообменник аппаратах (без
сопрнкогаоваш с яям) при температуре
охладцгасмого продукта ила стенки, еС
<80
» 2000
> 350
> 4
Не нормируются
Б(МО0
» 1300
» 200
> 4
> 10
Отсутствие
Не нормируются
III
—
—
—
—
—
—
Вода, используемая
кяк среда,
пеглопдающля и
примеси, с
ЕШревом
»
»
»
»
Отсутствие
Не нормируются
Примечания.]. Перм&кгаи&тная окнеляемость оборотной воды для перечисленных производств до
15 мгСУдм3.2. Токснчиче вещества (мышьяк, селен) допускаются в оборотной воде локальных систем
в пределах установленных инструкций-
тным сооружением. Однако указанные загрязнители могут попадать в
природные воды в результате процессов переноса, например фильтрации через
дамбу или ложе хвостохраншшща.
К заводам цветной металлургии относятся цинковые, свинцовые, медные,
сернокислотные, никелевые, кобальтовые, глиноземные, электродные, крио-
литовые, алюминиевые, титановые и магниевые заводы.
На металлургических заводах вода в основном расходуется на охлаждение
печей, рачливочных машин, электролитов, шлаков, деталей машин. Вода
расходуется также для приготовления технологических растворов, на
растворение возгонов, мокрую газоочистку, на мытье аппаратуры, смыв полов, для
гидротранспорта шлама и др.
Система водоснабжения — с оборотом воды по циклам или общим.
В зависимости от цели использования воды и требований к ее качеству на
заводах устраиваются в основном следующие водопроводные сети: свежей
технической воды, оборотной воды (условно-чистой и загрязненной) и
хозяйственно-питьевой воды.
В настоящее время ряд цинковых заводов переходит на замену воды как
охладителя цинкового электролита воздухом, некоторые сернокислотные
заводы также применяют для охлаждения кислоты воздух.
С целью сокращения расхода воды печи с кипящим слоем и плавильные печи
переводят на испарительное охлаждение.
Нормативные требования к качеству воды, используемой в системах
оборотного водоснабжения метшшургических заводов, приведены в табл. 6.3S и 6.36.
Соответственно устраиваются следующие канализационные сети:
загрязненных производственных сточных вод, поступающих на очистные сооружения;
55S

m
JS
ю
I
О
Q
8
I
ll
i- О
I
и
IS
I1
« №
p
S
«
о
n.
о
&
о
I
to
CI
s
Si
о
Б
и
PI
s
8
a:
E
5
о
Й
ё
xedaggAbra и
Н-ЧЮМЬООЕВЛ KHtf tVO£
нкэхэиэ тйгсд
BMnreaoVAdogo
винэ1йквгко wrt? вСод
ийщ/ОгоДи и танина
XWHlfffOH Я ЯОЮДИЙд
lfHH3ffiKBL"XO blfV BtfOfl
■dtr и шшчь'эк
*вОМШШИП1С01[
о
CI
&
s 1
я & &
ft S* я
EC
5
■о
3
5
ft
B
CO
О
о
Ф
m
J> °-
t=C
о
о
ft
CO
CO
о
о
о
«л
E
ft
о
о
о
s
&
%
о
naiDffonciicdij
KL'tf EttOJJ
•dtr и Я0Н.Ш1ГЭ
'ИДНВ1ВМ 'ЫОЭОЭВН
-wAtoree аолиноипйт'ои
винайгжвь'хо кий1 etfog
S
кинэ1гжв1гхо Birtr EVog
CJ
§
PI
(I
E
1
о
та
ё
I
&
S
и
о
CQ
&
I
a:
о
Ю
&Й&1
E
s
§
3 >B
s u
E к
OS
- &
*&
s
E
V
S
a
p.
К
is
556

Таблица 6.37
СОСТАВ И КОНЦЕНТРАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В СТОЧНЫХ ВОД4Х,
ВЫПУСКАЕМЫХ В ВОДОЕМЫ ПРОИЗВОДСТВАМИ СВИНЦА,
МАГНИЯ И ТИТАНА
Показатели
Температура
Взвешенные вещества
Запах
РН
Жесткость общая
Сухой остаток
Са2+
Mg2*
СГ
so^2-
РЬ2~
Zn2-"
As3+
Окнсллемость иерманганатная
Б. Произведет
Температура
Взвешенные вещества
Эфирорастворимые
рН
Сухой остаток
Mg2+
LUofini
cr
so/
Fe06iu
К*
Na'
СГоОщ
МпЛо
Si4*
Ca2'
Окясляемостъ перманганатная
Едшшз
измерения
Сточные воды
до очистки
после очистки
Л. Свинцовое производство
°C
мг/дм!
-
—
мг-экв/дм3
мг/дм'
»
»
»
»
)>
»
»
мгОг/дм3
ео muiwiioeoii
°С
мг/дм3
»
—
мг/дм3
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
»
мЛУдм3
38
120
28
15
Отсутствие
7
8
850
100
54
U0
220
0,5
0,6
0,12
10
губки ирофин
30
14000
65
10,8
770
30000
1700
190
16000
150
950
4300
750
45
45
104
8000
55
8,5
И
До 1000
» 145
» 50
» 110
» 200
» 0,1
» 0,01
» 0,05
» 8
хроватюго лшгти>
30
15
0,1
8
Отсутствие
10000
25
Отсутствие
5000
20
0,5
J500
600
0,1
Отсутствие
»
2400
15
Метод очистки
Известкование,
отстаивание,
очистка золой
ТЭЦ или
неорганическими
сорбентами
Нейтрализация
стоков
известковым
мококом,
коагуляция с
последующим
отстаиванием
SS7

Таблица 6.38
СОСТАВ И КОНЦЕНТРАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИИ В СТОЧНЫХ ВОДАХ,
ВЫПУСКАЕМЫХ В ВОДОЕМЫ МЕДНЫМИ И СЕРНОКИСЛОТНЫМИ ЗАВОДАМИ
Показатели
Температура
Взвешенные вещества
Эфирорастворнмые
рН
Жесткость общая
Кислотность
Сухой остаток
SO/"
СГ
Си2т
Zn*
РЬ2+
Ni2+
Fe^
As2*
Окисляемость перманганатная
Б. Произс
Температура
Взвешенные вещества
Эфирорастворнмые
рН
Жесткость общая
Кислотность
Сухой остаток
SO/'
СГ
Си2*
Zn1*
рь2-
As3*
БПК.-йлк
Б. Комплексное произвоЫ
Температура
Взвешенные вещества
Эфирорастворнмые
рН
Жесткость общая
Кислотность
Сухой остаток
Бойница
измерения
Сточн
Ло очистки
ые врды
после очистки
А. Производство aitoditou меди
"С
мг/дм3
»
—
мг-экв/дм
»
мг/дм5
»
»
»
»
»
мг/дм5
»
мЮг/дм3
одство кате
°С
ыг/дм3
»
—
мг-экв/дм3
»
мг/дм
»
»
»
»
»
»
мгОг/дм3
шво анодной
"С
ыг/дм!
»
—
мг-экв/дм3
»
мг/дм3
30
36
0,4
3
14
1000
9500
До 5000
3300
40
850
20
0,2
36
190
—
30
10
ОД
8,5
18
_
6000
До 2000
» 3300
» 0,1
До)
0,1
0,1
0,5
0,05
До 10
дней меди при эпектритавке
30
4350
2,5
11,5
10
300
6000
2500
900
200
215
5
1000
—
и катодной меди
30
33
3
5,2
10
150
5000
30
20
0,1
8,5
14
Отсутствие
До 4500
» 1800
» 800
0,1
1
0,01
0,05
10
при отражатепьнс
30
10
0,1
83
14
Отсутствие
4000
Метод очистки
Сорбция
Сорбция
it шавке
Нейтрализация
известковым
молоком и
механическая
очистка
5SS

Продолжение табл. 6.38
Показатели
so/*
cr
Си2*
Zn2*
Pb2*
As3'
КПКпщ,
Б. Комплексное производ
Температура
Взвешенные вещества
Эфярорастврримые
рН
Жесткость общая
Кислотность
Сухой остаток
SO/*
аг
Си2*
Zn2'
Pb2'
Ni2*
Реобщ
As3*
Окисляемость яерманганатная
Температура
Взвешенные вещества
Эфврорастворимые
рН
Жесткость общая
Сухой остаток
so/-
СГ
Си2*
Zn2*
Pb2*
As3*
Окисляемость пермангангггная
Единица
измерения
»
»
»
»
»
»
МгОг/дм3
отво анодной
СС
мг/дм3
»
—
мг-экв/дм3
»
мг/дм3
»
»
»
»
»
»
»
»
мгСУдм3
Г. Производи
°с
ыг/дМ3
»
—
мг-экв/дм3
мг/дм3
»
»
»
»
»
мсО^дм3
Сточные воды
ДО ОЧИСТКИ
2500
900
200
215
5
1000
—
после очистки
» 1800
» 800
ОД
1
0,01
0,05
10
Метод очистки
и катодной меди при отражательной плавке
30
33
3
5,2
10
150
5000
3100
1200
350
220
7
70
17
140
тво серной кислоп
35
860
Отсу1
1
H
До 10000
» 6000
» ззе
> 20
» 230
2860
0,15
60
30
10
0,1
8,5
14
Отсутствие
4000
До 2000
» 1200
0,1
До!
0,1
0,1
0,5
До 0,05
» 10
ш
30
20
сствие
8,5
12
До 5000
» 2500
» 350
0,1
1
0,05
До 0,01
10
Нейтрализация
известковым
молоком и
механическая
очистка
Пиролкштная
технология
—
559

Ев1|
is
&z
*
нэгчеса) винэждсткмФоа адкаюиэ я
хнка&'пгоцэи 'cog xigHhOlo оаюэышох
I "
£И '1ЧС0Н
ийэмш и эинэтгдэйюи aoniedatotrcag
ill
BUBiHIlOMGHOWEIfin
£И ]£1«Ш11Ш№AХЯ1Гиф
ишашл xtfinoi/igpdiati
I I I
Е| % эичшюньэАоашмИи
ИЭ1ГЙ1 Х1Ч801Н9
■01ШЭаюЦК£ОХ ШЛГ
I I I
yiqHHoaiotfoatHOdu
олчи'эл.енсйШэои 'ijoiixodocjo
* a
11!
lis
BHHodowtH виинкуз
:| Ig |

*-
л
S"
tn \D »П
do со, as
o" o" o*
 - ~
CTvl
об"
"*1 «Ч. <*
Я) В rf
сч
э
тихи uosffiHOWBif га
о
О О О
ияюиш xiftnoiAjsdi. эн
о
о о о
хмяш.149
'хйкЕюаьэЬ'овсиоЛ!
«л
о
Г- m m
сч ■"-• Ч.
СЧ Г- d
ГЧ ГО 1Л
м h о
- m
Я
1Л
ё
ИЙГЭП ХИЯ01И<)
-опнэаюивЕОх кЮГ
ИОМОЭЬИНХЭ!
II
S-
in
СП
©I
Oi
сч
о
сч
KHHotferctH йшнш^а
Я"!

I I
■---•-- I I
w '(iil/oa иэжэаэ
иэкзда) кинэжсциюотгсн хвкэюиэ н
ХпиэЛсчиопои Ifoa хниьохэ оеюэышох
II I I I I I I
^ч *в¥оа
Hda-LOii и эинэкдэйшн эошМасоасэд
ill
вдгопшоншоивпп
ец хннноигте&счииф
иэ&эиьо xtfnroijCcja&i, эй
Х1Ч1 iiisaiatfoacHodii
о о о о
II I I I I
о о о о
». «i оо .г,
2 Е "" О
(
иэиэп хнпсшчд
-оннэахоившх н№
ИЭ1ГЭП
xn HiiaaLDtfoaaHodu
Blft.'
иомээьинха!
ончп'эхмой'эь.'оои 'yoijiodogo
if
винэйзти ййший/д
I I I I I I I
n n 't &
v> v? 52 rT
II
A
£"&
s
§ £■•§ & i I
, сГр.
*i_
и в е as в
562

иэииса) винэжд^ноо'ц'оя хвкэюио а
искиои и аинэядэйюи somudfltOHEog
си ютнноШгес&чь'иф
иахоиьо xiflnoiXQadi эн
[xi41IH3HJ.OtI'0fl£H0dlI
-оннэнюуксох mffi
ИЭ1Г0Т1
IxiqiHioaxoirofltHodu!
Blftt
иокэ&лионои
мшгал.ево'й'эиэои 'ионляйодо
II
KIlHOtfcMEH BIlHHHtra
В §
Й1_
563

** — о 5
= Е ю S is
В X fc[ Ks С £
р а р « I §
■ в 3
Е -я -
нэкбев) кинэждвнэоЖэн хвкаьэиэ я
хнк&Сепгопэн ЧГоа тачиьохэ оаюэьииод

«Г
<— О
ч
о*
564

условно-чистых сточных вод, направляемых на охлаждение в системе
оборотного водоснабжения; бытовых и дождевых стоков, поступающих на очистные
сооружения.
Сточные воды, образующиеся в металлургических производствах, также
чрезвычайно разнообразны по составу, причем на одном и том же
предприятии со сложным технологическим циклом они могут быть совершенно
различными. Большую часть этих стоков составляют воды I, II и III категорий,
обрабатываемые в «чистых» и «грязных» оборотных циклах.
Сточные воды заводов цветной металлургии содержат следующие
загрязнения: взвешенные вещества, ионы соответствующих цветных металлов, масла,
сульфаты, хлориды и др. В сточных водах сернокислотных, медных и свинио-
во-цинковых заводов, кроме того, присутствует в небольшом количестве
мышьяк; в сточных водах алюминиевых и криолитовых заводов содержится фтор.
Сточные воды гидрометаллургических производств состоят из
отработанных технологических растворов и промывных вод и характеризуются
высокой минерализацией. Следует особо отметить их весьма сложный состав.
Сточные воды сернокислотных цехов представлены водами охлаждения
холодильников истоками от промывки сернистого газа. Сточные воды
суперфосфатного производства имеют рН 1,8-2,0, содержат фтор (до 2,7 г/дм3), взвешенные
вещества (до 4,2 г/дм3) и сульфаты (до 8,3 г/дм3). Сточные воды
вспомогательных производств ничем практически не отличаются от аналогичных,
образующихся в других отраслях (например, в черной металлургии).
Ряд заводов (свинцовые, медные, титано-магниевые) в силу специфических
особенностей будут сбрасывать в водоем сточные воды после их очистки до
значения ПДК для воды водоемов. Состав и концентрация загрязнений в
сточных водах, сбрасываемых в водоем указанными выше производствами, а
также методы очистки, приведены в табл. 6.37 и 6.38.
Укрупненные нормы расхода воды и количества сточных вод на единицу
продукции или сырья в цветной металлургии приведены в табл. 6.39 (данные
1982 г.).
6.3. МЕТОДЫ И СХЕМЫ ОБРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД
На предприятиях цветной металлургии используют практически все
известные методы очистки стоков (механические, биотехнологические, химические,
физико-химические, физические), составляя из них разнообразные
технологические схемы. Имеет смысл как-то оценить частоту применяемых методов,
хотя такая градация достаточно условна.
Методы механической очистки стоков — отстаивание и уплотнение в
различных отстойниках, гидроциклонах и сгустителях, в том числе и в хвостох-
ранилищах, фильтрация и другие — присутствуют практически в каждой тех-
565

нологической схеме обработки стоков, как и в системах водного хозяйства
предприятий любых отраслей промышленности. Часто обработка стоков
начинается с удаления грубодисперсных примесей в первичных отстойниках и
заканчивается доочисткой на фильтрах.
Далее, видимо, можно поставить реагентную обработку стоков и осадков
методами нейтрализации, осаждения, окисления и др. Наиболее
распространенная схема очистки заключается в нейтрализации стоков известью с
последующим выделением осадка и доочисткой воды либо осаждении металлов в
виде сульфидов, карбонатов, ферритов и др. Нередко реагентная обработка
осуществляется для удаления из стоков вредных компонентов в виде газов
(отгонка аммиака и др.). Для окисления цианидов, фенолов, ксентогенатов, дити-
офосфатов и других органических веществ-загрязнителей воды широко
используют различные методы окисления — «активным хлором» и его
производными, озоном, электрохимическое окисление и др.
Достаточно часто в отрасли применяют или планируют применять
биотехнологические методы обработки сточных вод—биохимическую очистку;
очистку в биоирудах, биоплато и биоканалах; осаждение металлов в
биохимических сооружениях в виде сульфидов (научно-внедренческая экологическая
фирма ЭГАСТ, Уфа); очистку с использованием водоросли эйхорнии и др.
Следует отметить, что биотехнологические методы чрезвычайно перспективны,
интересны, часто дают неординарные результаты и именно их можно считать
методами XXI века.
Широко применяются в отрасли физико-химические методы очистки
стоков, из которых мы остановимся только на наиболее значимых. Очистка от
небольших количеств ионов тяжелых цветных металлов происходит с
использованием различных гальванокоагуляторов, при этом эффект очистки лежит в
пределах 75-90 % (для хрома — 100 %). В них же можно провести частичное
обессоливание воды (например, по сульфат-иону), что важно при повторном
использовании воды. Метод постоянно совершенствуется и в настоящее
время (В. Д. Назаров и др., Уфа) разработан высокоэффективный многослойный
электрохимический фильтр с комбинированной загрузкой, работающий по
принципу гальванокоагулятора.
Для выделения из отработанных растворов, электролитов, элюатов
металлов (меди, никеля и др.) широко применяется электролиз. Реже используются
другие электрохимические методы — электроокисление, электродиализ,
электрофлотация, однако перспективы их применения значительно возрастут с
уменьшением стоимости электроэнергии.
В отрасли весьма широко используется ионообменная технология
обработки стоков, прежде всего для выделения ценных и токсичных примесей, а
также для получения де ионизированной воды. В последнее время все больше
находят применение ионообменные смолы целенаправленного действия, спо-
566

собные извлекать из сложной системы какой-либо один элемент (например,
никель с помощью смолы СН-3 или медь с помощью смолы АНКБ-35).
В технологическом и экономическом отношении ионообменное обессолива-
ние —- наиболее предпочтительный процесс. Однако он имеет
принципиальные недостатки: наличие сильноминерализованных стоков, образующихся при
регенерации ионообменных смол, и значительное количество
слабоконцентрированных промывных вод. В практике применяют разные способы
уменьшения количества этих стоков. Так, Институтом химии воды АН УССР было
предложено осуществлять регенерацию 25 %-м раствором азотной кислоты и
10 %-м раствором аммиака с дальнейшим получением соединений типа
минеральных удобрений. В принципе такая же схема (БИТОПсхема) была
разработана в Институте «Казмеханобр» (Алма-Ата). В качестве действующей схемы
можно привести очистку от хромасточшлх вод гальванических производств. В
цехах хромирования имеются два вида сточных вод: промывные воды
примерно следующего состава, мг/дм3: 50 СЮ ■ 0,5 S042~; 2Fe *; 2Сг^ и
отработанный электролит, г/дм3: 250 Сг03; 2,5 S04 ; 20 Fe3t и 20 Cr*. Как показали
исследования и технико-экономические расчеты, химические методы очистки
для этих сбросных вод экономически невыгодны и предпочтение было отдано
методам ионного обмена.
Все предложенные схемы ионообменной очистки указанных вод могут быть
сведены к следующим операциям: 1) фильтрация сточных вод от взвесей, ка-
тионирование для удаления катионов и анионирование для извлечения
хромовой кислоты; 2) регенерация катионита кислотой и анионита щелочью; 3) от-
Двстилировааная вода
Щелочь
1$ Ш
КБ СБ2
ЩБ СВ1
Рис. 6.1. Схема ионообменной установки для очистки хромсодержащих промывных вод и
отработанного электпшптгя: КФ— н-пяппрп1лй Липкгп: KL К2—катионитовые Аильтпы: А/. Л7—ятшлин-
тайного электролита: КФ — кварцевый фильтр; Ю, К2—катионитовые фильтры; Л/, А2—аниош-
товые фильтры; Д— дегазатор; Б1 — бак для промывной воды; Б2—бак отработанного
электролита; СБ1 -— сборник деминерализованной воды; СБ2 — сборник очищенного разбавленного
электролита; КБ — кислотный регенерацнониый бак; ЩБ — щелочной регенерациониый бак
567

мывка катионита и анионита водой от регенерирующего раствора; 4) кахиони-
рование части щелочного регенератора и возврат в производство хромовой
кислоты. Из отечественных ионитов для этих целей могут быть использованы
смолы типа КУ-2 и АВ-17.
Принципиальная схема ионообменной установки для очистки электролита
цеха хромирования приведена на рис. 6.1. Промывные воды обрабатываются
по одной из следующих схем: Б1-КФ-К1Д-А1-СБ1; Б1-КФ-К2Д-А1-СБ1; Б1-
КФ-К1-Д-А2-СБ1; Б1-КФ-К2-ДА2-ОБ1.
Установка может работать непрерывно. При использовании установки для
очистки электролита и хромсодержащих растворов, получаемых при
регенерации отработанных анионитовых колонн щелочью, включается только кати-
онитовая секция установки по схеме Б2-К1-СБ2 и Б2-К2-СБ2. Очищенный
раствор по мере необходимости добавляют в ванны хромирования и
анодирования или используют для получения электролитов. Воды, получаемые при
отмывке фильтров и содержащие хром, собирают в бак для дальнейшей
обработки. Часть кислых и щелочных вод, не содержащих хром, возвращают в ре-
генерационные баки, часть сбрасывают в нейтрализатор. Потерю воды в
системе компенсируют водопроводной водой.
Для регенерации анионита АВ-17 применяют 1,5-2,0 Н NaOH в количестве
не менее 2 эквивалентов на 1 эквивалент емкости смолы. Для удаления
трехвалентного хрома анионит периодически отмывают 2Н НС1. Катеонит КУ-2
регенерируют 2Н НС1 в количестве 6 эквивалентов на 1 эквивалент емкости
смолы с применением возврата. Расчеты показывают, что при
производительности установки 25 м3/сут. промывных вод и 1 м3/мес. электролита годовое
потребление воды сократится на 10 тыс. м3 в год, расход хромового ангидрида
уменьшится на 2 т при полном исключении загрязнения сточных вод хромом.
Аналогичные технологические схемы предложены для посудных цехов
предприятий цветной металлургии.
Интересный опыт значительного снижения расхода регенерирующих веществ
и промывных вод с использованием установок типа «Севро-Контимат»
накоплен фирмой «Хагер-Эльзасер» (ФРГ).
Ионообменник со взвешенным слоем смолы работает в противоточном
режиме с нижней подачей очищаемой воды, тогда как регенерация смолы
осуществляется сверху в противоположном насыщению направлении.
Эффективность использования ионообменной емкости увеличивают также
последовательным подключением двух одинаковых ионообменных колонн.
Предусмотрена возможность многослойного (с несколькими видами смол в одной
колонне) метода ионообмена.
Достаточно часто используют и другие сорбционные методы. Так, глубокое
удаление F из стоков осуществляется с применением коллективных
сорбентов (гидроксидов Al, Fe); удаление небольших количеств органических при-
568

месей — различных видов активированных углей и др. Перспективно
применение природных материалов (диатомитов и др.), обладающих сорбционными
(в том числе ионообменными) свойствами.
Нам представляется, что в ближайшее время будут внедряться обратноосмо-
тические методы очистки стоков. Развитие обратноосмотических методов идет
преимущественно путем: а) поиска и опробования новых видов материалов
для фильтрующих элементов и изменения их конструкции; б) увеличения
мощности установок. Так, применяют мембраны из ароматических полиамидов
для сточных вод с более высоким солесодержанием; найдены эффективные
способы использования полых волокон в фильтрующих элементах. В Японии,
например, применяют спиральные мембранные модели фирмы «Торей»,
скомпонованные в блоки диаметром 0,3 и длиной 6 м. Производительность такого
блока по морской воде достигает 200 м3/сут.
Предполагалось значительно расширить применение этого метода и в
нашей стране. Однако широкое внедрение обратноосмотических установок
сдерживалось отсутствием подготовленных кадров и некоторыми техническими
причинами. На практике пока нашли применение преимущественно
ультрафильтрационные установки. Так, Е. В. Мигалатием с сотрудниками
(Екатеринбург, УГТУ-У1Ш) внедрены ультрафильтрационные установки по
очистке от меди общего стока Ревдинского завода ОЦМ и промывных вод
гальваноотделения от никеля на оптико-механическом заводе.
Для очистки циансодержащих сточных вод цветных металлов наибольшее
распространение получили деструктивные процессы, основанные на
использовании гипохлоритов, жидкого хлора, озона и других окислителей.
Используется, например, хлорная известь, содержащая 30-33 % активного хлора; ее
теоретический расход составляет около 10 г на 1 г обезвреживаемых
цианидов.
Применение окислителей наряду с преимуществами имеет также
определенные недостатки; отсутствие избирательности к цианидам (окисляются все
компоненты раствора или пульпы, 01Ш(яительньгй потенциал которых ниже
+1,50 В); загрязнение растворов продуктами реакции (например,
хлор-ионами); наличие в очищаемой воде заметных количеств активного хлора, весьма
вредной примеси для живых организмов.
В последние годы наметилась тенденция к использованию для
обезвреживания циансодержащих сточных вод различных органических реагентов, в
основном карбонильных соединений. Одним из наиболее распространенных,
Доступных и дешевых карбонильных соединений является формальдегид СН,0.
Его карбонильная группа сильно поляризована, в результате чего реакция с
Цианистыми соединениями протекает практически нацело даже на холоду. При
этом образуется нитрил гликолевой кислоты (глкколонитрил):
569

CHjO + HCN-m-HO-CHj-CN. F.1)
Реакция протекает быстро в щелочной среде. Образующийся гликолонит-
рил затем гидролизуется с образованием гликолевой кислоты и аммиака:
НО - СН2 - CN + 2Н20 <-> НОСН2СООН + NH3. F.2)
В присутствии солей кальция гликолевая кислота образует практически
нерастворимый в воде гликолят кальция:
2НОСН2СООН + Са2+ <-> Са(НОСН2СООJ + 2Н+. F.3)
В случае биологической очистки от цианитов применяется принцип
микробного разрушения цианистых соединений. При этом микроорганизмы
используют цианиды в качестве единственного источника азота. Процесс
очистки осуществляется в биологическом пруду обычной почвенной микрофлорой,
которая в результате адаптации к цианиду приобретает способность к его
утилизации. Для проведения очистки в пруд вносится почва как дополнительный
источник микроорганизмов; процесс биохимического окисления цианидов
интенсифицируется введением биогенных добавок, являющихся необходимым
источником углерода для микроорганизмов (патока-меласса, свекловичный
жом, древесные опилки и др.) в количестве 4 мг на 1 мг цианидов. Способ
принят к промышленной эксплуатации на Текелийском свинцово-цинковом
комбинате для очистки сточных вод, содержащих цианиды (до 3 мг/дм ),
объемом 28 тыс. м /сут с одноразовым внесением свекловичного жома в
количестве 60 т. В результате содержание цианидов снизилось до следов, и
улучшился состав сбрасываемых сточных вод по рН, содержанию растворенного
кислорода и взвешенным веществам. Степень очистки от цианидов составляет
97-98 %.
Метод озонирования был проверен в промышленных условиях при
обезвреживании циансодержащих сточных вод Зодского рудника. Для этой цели были
изготовлены пульпо-озонные реакторы емкостью 6 м3, соединенные
последовательно. Озон подавался в сточные воды по принципу противотока.
Диспергирование озоно-воздушной смеси осуществлялось через фильтросные
плиты, вмонтированные у дна реактора. Производительность установки 2,3 кг озона
в час. Было установлено, что оптимальная скорость потока обеззолоченного
раствора с исходной концентрацией цианидов 450 мг/дм3 равна 3 м3/ч.
Остаточное содержание цианидов на выходе из реакторов 0,16 мг/дм3; при этом
озон полностью вступал в реакцию, в отработанной озоно-воздушной смеси
озона не обнаруживалось. Расход озона составил 3 мг на 1 мг цианидов. При
этом концентрация ионов меди снижалась с 11,5 до 0,05 мг/дм3, никеля — с
12,1 до 0,06 мг/дм3, а сульфат-ионов, наоборот возросла с 62,6 до 189 мг/дм ;
сухой остаток снизился с 2264 до 2000 мг/дм3.
570

Для более глубокой очистки сточных вод от цианидов и ионов металлов
целесообразно рН в реакторе поддерживать в пределах 9,0-9,6. Кроме того, для
обработки озоном обеззолоченных пульп были испытаны реакторььпачуки.
При этом было отмечено, что в режиме противотока заиливание пачуков
практически исключено.
При производстве цветных металлов в некоторых случаях сбрасываемые в
хвостохранилище растворы и пульпы содержат мышьяк, сурьму и
комплексные цианистые соединения тяжелых цветных металлов. Озон разрушает
цианистые комплексы и простые цианиды; тяжелые цветные металлы удаляются
из очищаемого раствора в виде гидроксидов. Мышьяк может быть выведен из
растворов путем его окисления озоном в пятивалентную форму и осаждения с
гидроксидом железа. При очистке пульпы от мышьяка расход озона и железа
возрастает почти в пять раз по сравнению с очисткой осветленной ее части.
Известкование сточных вод можно в некоторых случаях рассматривать как
метод химического осаждения: например, осаждение ионов фтора и фосфат-
ионов, соосаждение мышьяка, нейтрализация с последующим осаждением
гидроксидов металлов.
Фтор в сточных водах находится обычно в виде фтористоводородной (HF) и
кремнефтористоБОдородной (H2SiF6) кислот и их. солей. Обезвреживать
стенные воды, содержащие эти соединения, можно обработкой их молотым
известняком или известковым молоком:
Н^+СаСОз -» CaSiF6 + Na^; F.4)
CaSiF6+CaC03 -> 3CaF2 + Si02+2C02; F.5)
2HF + Ca(OHJ -> CaF2 + 2H20. F.6)
в результате подобных реакций соединения фтора переходят в
труднорастворимый фторид кальция iflP=4-10-21), растворимость которого в воде при 20 °С
соответствует 16 мг/дм3.
Фосфор в сточных водах присутствует в виде орто- и метафосфатов, а также
в виде комплексных неорганических фосфатов. Методы осаждения фосфатов
основаны на обработке вод известковым молоком (до рН = 10-11) или
сульфатом алюминия в щелочной среде. В первом случае образуется Са^О^ ОН, во
втором — создается сложное нерастворимое в воде соединение алюминия с
гидроксильными и фосфатными группами. Эффективность очистки в обоих
случаях составляет 90-95 %.
Б отрасли достаточно успешно используют разнообразные методы
флотации для удаления из стоков нефти и нефтепродуктов, мелкодисперсных
гидроксидов металлов и др. Здесь перспективными флотационными аппаратами
различных конструкций можно считать разработки
научно-исследовательского и проектно-конструкторского предприятия «Сибпроект» (Новосибирск).
571

■и
г* '
{
б
_+ 2
->• 10
г •> w j
Ч
Рис. 6.2. Принципиальная схема общезаводских сооружений для очистки отработавших вод: / —
маслогрязеотстойник; 2 — сборник отработавших вод; 3 — нейтрализатор; 4 — узел приготовления
известкового молока; 5 — отстойник; б — кварцевые фильтры; 7 — хлораторная; 8 — расходная
емкость; 9 — песколовка; 10 — маслогрязеотстойник для дождевых вод; // — регулирующая
емкость для дождевых вод; 12 — накопитель дождевых вод; 13 водонапорная аппаратура:
а — загрязненные промышленные стоки; б — ливневые стоки; с — очищенные стоки в оборот
Осветленная сточная вода
*■ Очищенная сточная вода
Рис. 6.3. Принципиальная схема бессточного
оборотного водоснабжения, действующая па
обогатительной фабрике, перерабатывающей
полиметаллические руды: / — обогатительная
фабрика; 2-4 — сгустители медного,
свинцового и цинкового концентратов; 5 —
отстойники; 6 — хвостопропод; 7 — хвостохраншшще;
8 — насосная станция оборотной воды; 9 —
пруд-отстойннк; 10 — трубопровод шахтных
вод; 11 — насосная станция технического
водопровода; 12 — водовод; 13 — задвижки; 14 —
водовод оборотной воды
Рис. 6.4. Схема очистки обшего стока при
введении реагента после хвостохраиилища: 1 —■
обогатительная фабрика; 2 — склад жидкого хлора; 3
— склад извести; 4 — емкость для приготовления
раствора гипохлорита кальция; 5 — емкость для
приготовления известкового молока; б—дозатор;
7—хвостохранилище; 8 — отстойник или освет-
лительный пруд
572

Технологические схемы обработки сточных вод предприятий отрасли условно
можно разделить на две группы: традиционные, т.е. имеющие достаточно
большую (несколько десятилетий) историю использования, относительно новые
(последние 15-20 лет). На рис. 6.2^6.7 приведены традиционные технологи-
та
В плавку
Л—*i |«-П
Осадок
Рис. 6.S. Принципиальная схема цементационной установки; 1 — усреднитель сточных вод; 2 —
емкость для железного скрала; 3 — сборник для кислой железосодержащей воды; 4 —бак для
известкового молока; 5 — емкость для цементационной меди; 6 — нейтрализатор; 7—отстойник
I сточная вода
2
х
3
й
Загрязненная
сточная вода
Осадок
г
I
3
Рис. 6.6. Принципиальная схема очистки
сточных вод известью: 2 — усреднитель сточных
вод; 2 — склад извести; 3—емкость для
приготовления известкового молока; 4—дозатор;
5 —реакционная камера; б- отстойник
Рис. 6.7. Принципиальная схема очистки сточных вод
хлорной известыо: 1 -—усреднитель сточных вод; 2
— склад хлорной извести; 3 — емкость для приго-
товйсиия раствора хлорной извести; 4 — дозатор; 5
— камера реакции; 6 - отстойник
573

ческие схемы очистки стоков, широко применяемые и сегодня. На рис. 6.2
изображена только принципиальная схема очистки общезаводского стока,
направляемого в оборот. Технологический режим работы очистных сооружений для
каждого конкретного предприятия выбирают на основании состава сточных
вод.
По методу цементации (рис. 6.3) омедненный железный скрап
периодически передают на медеплавильные заводы для использования извлеченной меди
в народном хозяйстве. Эффект очистки сточных вод в 10-15 раз больше при
вибрации металла в цементаторе или растворе с частотой 50 Гц. При этом
цементация меди на железе далее из слабоконцентрированных сточных вод
(начальная концентрация меди 0,5-4,0 г/дм3) достигала 95-99 % вместо
обычно получаемой глубины извлечения меди 50-60 %. В настоящее время на
значительной части промышленных предприятий эти традиционные схемы
дополнены узлами обработки образующихся осадков, позволяющими их
полезно использовать, и узлами кондиционирования очищенных сточных вод,
позволяющими их использовать повторно.
В качестве сравнительно новой схемы очистки рис. 6.8 можно привести
обработку смеси стоков одного из предприятии отрасли. На установку поступа-
4 1 V.
Обезвоженный осадок Конденсат в производство
на утилизацию l ■ г
Соль на утилизацию
Рис. 6.8. Технологическая схема очистки сточных вод медеэлектролитного производства: / —
приемная емкость (усреднитель — накопитель); 2 — смеситель; 3 — камера хлопьеобразовопня; 4 —
вертикальный отстойник с увеличенным объемом шламонакопителя; 5 — механический (песчаный)
фильтр; б—сорбционный (с активированным углем) фильтр; 7—выпарная установка; 8—ФПАКМ:
/ — элюат с химводоочистки; II — стоки с уставшей получения деионизированной воды; Iff —
обезвреженные пиансодержащие стоки; IV'— смывы; V— промывные воды фильтров; VI- фильтрат
574

стоков -1700 м3/сут. бак-расходомер подаются в сме-
Стоки из приемной емкости насосаМ1^ jfoSиГобярв жесткости сто-
ков сН обрабатываемого етока довоДИТС™ теком поступают в камеру реах-
го растворе NaOH. Из смесителя ™™£еиш227т* осадка, после Чеш
цш^ее^отстойниксувели—»
SooWIn~ «a ^SSiSSgin-- емкостях и оттуда папраз-
РН з* "'З'З 15,0
Сиа+, мг/дм ; з" ' до 1,0
Общая жесткость, мг-экв/ дм до }fi
Взвешенные вещества, г/ дм • до ,д,
Сухой остаток, г/дм
„■««* сос^сиий1,ияь.мского мед^^тно* завод.
Рис. 6.9. Общий вид комплекса очисти* F*
Блок очиехшдх сооружений

После выпарной установки получается глубокоочищенный конденсат со
средним содержанием растворимых солей до 20 мг/дм" и сухие соли (NajS04, №C1).
Медьсодержащий осадок из отстойников обезвоживается на фильтр-прессах
ФПАКМ-25 и утилизируется.
Особо отметим, что в отрасли начали появляться предприятия, имеющие
настоящую замкнутую систему водопользования, т.е. оборудованные самыми
сложными хвостовыми установками — выпарными и др. (комбинаты «Уралэ-
лектромедь» — г. В. Пышма Свердловской обл., г. Кыштым Челябинской обл.)
(рис. 6.9).
6.3.1. Очистка сточных вод предприятий:
обогащения руд цветных металлов
К предприятиям обогащения руд цветных металлов относятся следующие
обогатительные фабрики: свинцовые, свинцово-цинковые
(полиметаллические), медно-никелевые, никелево-кобальтовые, медные, медно-вольфрамовые,
медно-молибденовые, вольфрамовые, молибденово-вольфрамовые, оловянные,
титаномагниевые и флюоритно-баритовые.
Сточные воды рудообогатительных фабрик содержат преимущественно гру-
бодисперсные примеси, а также различные металлы, кислоты,
нефтепродукты, фенолы и крезолы, цианиды, роданиды, мышьяк.
Очистка сточных вод производится на локальных сооружениях в основном
тремя методами: механическая очистка (с применением при необходимости
коагулянтов и флокулянтов); реагентная обработка, преимущественно
известью; окисление токсичных загрязнений. Данные по основным загрязнениях
сточных вод рудообогатительных фабрик и методы очистки от них сведены в
табл. 6.40.
Очистка сточных вод от фторидов и мышьяка производится осаждением и
в виде труднорастворимых кальциевых солей, при этом в сточную воду дроав-
ляется 5 %-е (по активной СаО) известковое молоко. На I часть фтора
требуется 1,5 части СаО, на 1 часть трехвалентного мышьяка — 0,68 части СаО,
1 часть пятивалентного мышьяка — 0,6 части СаО.
Метод очистки от органических флотореагентов может использоваться А
очистки любых сточных вод от органических соединений в отстойных прУД
Очистка может производиться либо в биологическом пруду, либо в отстоин
пруду хвостохранилища путем микробного окисления органических соедда
ний. Процесс биохимического окисления органических флотореагентов осу
ществляегся обычной почвенной микрофлорой, содержащейся в прудах- А
увеличения количества микроорганизмов в водной фазе в отработанное хво
тохранилише или в пруд вносится почва или инокулят микроорганизмов,
пруду формируется биоценоз специфических микроорганизмов, использую
576

Таблица 6.40
ОСНОВНЫЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ ОБОГАЩЕНИЯ РУД
ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ОТ НИХ
Компоненты, загрязняющие
сточные воды
Грубодисперсные примеси
Ксантогенаты,
дитиофосфаты,
нефтепродукты
Ксантогенаты,
дитиофосфаты, сульфиды
Кислоты
Металлы (медь, никель, цинк,
свинец, железо, кобальт,
кадмий, сурьма и др.)
Фториды
Мышьяк
Цианиды, роданиты
Фенолы и крезолы
Сульфиды
Метод очистки
Механическое
отстаивание, иногда с
соагуляцией
Адсорбция на хлопьях
коагулянта
Окисление активным
хлором
Нейтрализация
Осаждение
труднорастворимых
соединений
Осаждение
труднорастворимого
фторида кальция
Осаждение
труднорастворимых
арсенатов н арсенитов
кальция
Окисление активным
хлором
Тоже
Осаждение сульфида
| железа
Применяемый
реагент
тзвесть
Хлорная
известь
Известь
Известь
Сульфат
железа
Пап учаелнле соединения
Осадки грубодисперсных
примесей
Осадки гидроокиси
кальция
Сульфиды или
элементарная сера,
метилмалеиновая или
фосфорная кислоты
Осадки
труднорастворимых
кальциевых солей
Осадки гидроокисей,
основных карбонатов и
карбонатов
Осадок фторида кальция
Осадок арсенатов и
арсенитов кальция
Цианаты, гидроокиси
металлов, элементарный
азот н двуокись углерода
Малеиновая и другие
малоактивные
органические кислоты
Осадок сульфида железе
щих содержащиеся в сточных водах органические флотореагенты в качестве
единственного источника углерода и энергии путем окисления их до
углекислого газа и воды. Процесс окисления интенсифицируется при введении в пруд
биогеновой добавки — сернокислого аммония в количестве 6 г/м3 сточных
вод.
Способ был внедрен для очистки сточных вод Кентауской обогатительной
фабрики (комбинат «Ачполиметалл»), содержащих до 10 различных флоторе-
агентов. Очистка производится в отстойном пруду хвостохранилища, в
который предварительно было внесено 40 т почвы, после чего туда ежесуточно
подается сернокислый аммоний в количестве 350 кг/сут. В результате достиг-
577

нуга очистка сточных вод фабрики объемом 60 тыс. м3/сут от органических
флотореагентов до санитарных норм, установленных для водных объектов
(БПК = 3 мг 02/дм3) с одновременной частичной очисткой от металлов,
цианидов и улучшением состава сточных вод по органолептическим показателям
(отсутствие пены, запаха, прозрачность).
Основные технико-экономические показатели процесса: нагрузка в пруду
хвостохранилища по БПК 25-30 мг02/дм3; нагрузка по ХПК 60-80 мгО/дм3;
время очистки 15-75 сут; степень очистки по БПК — до санитарных норм
C мг02/дм3); микробное число 104-106 кл/мл (клеток в 1 мл). Преимущество
метода заключается в том, что очистка производится в имеющемся хвостохра-
нилище без строительства других специальных сооружений. Для очистки
используются широко распространенные виды почвенных микроорганизмов и
дешевые азотные добавки (сернокислый аммоний) в небольших количествах
E,9 мг/дм ).
Локальной очистке подвергаются в основном сливы сгустителей
концентратов, фильтраты вакуумфильтров и другие наиболее загрязненные сточные воды,
составляющие в среднем 10 % общего расхода сточных вод. Остальные 90 %
сточных вод, представляющих собой хвостовую пульпу, осветляются в хвос-
тохранилищах, после чего вновь направляются на фабрику для
использования. Очищенные на локальных установках сточные воды также сбрасываются
в хвостохранилище.
6.3.2. Очистка сточных вод предприятий
алюминиевой промышленности
Производство алюминия разделяется на два этапа: получение глинозема и
извлечение металлического алюминия методом электролиза глинозема в
расплавленных фтористых солях.
Способы и технология получения глинозема зависят от вида и состава,
исходных алюминий содержащих руд: бокситов, нефелинов, алунитов. Во всех
случаях предусмотрены дробление и размол руды, выщелачивание из нее
глинозема в раствор, осаждение из него гидроокиси алюминия, фильтрация и
выпаривание раствора, кальцинация (прокаливание) осадка.
Наряду с технологическими цехами в состав глиноземных заводов входят
также крупные объекты вспомогательного назначения: ТЭЦ или котельная,
мазутное хозяйство, компрессорная станция, ремонтный цех и др.
Отходами глиноземного производства являются шламы, которые
используются в качестве сырья для получения цемента и других строительных
материалов или складируются в шламонакопителях.
578

Продукция электродного производства (катодные угольные и углеграфито-
вые блоки, атектроды и др.) потребляется самим предприятием для процесса
электролиза.
При производстве криолита получают, кроме того, плавиковую кислоту,
фтористый алюминий и фтористый натрий. Отходом производства является гипс,
направляемый системой гидротранспортирования в шламонакопители.
"Удельные нормы водоотведения производственных сточных вод
составляют, усреднено: для глиноземного производства на 1 т глинозема — 240 м3
(нефелиновое сырье) и 190 м (бокситовое сырье); для собственно алюминиевого
завода 140 м3 на 1 т литья; для электродного производства — 100 м3 на 1 т
продукции; для криолитового производства — 110 м на 1 т фтористых солей.
Охлаждающие сточные воды предприятий алюминиевой промышленности
могут быть разделены наследующие две основные группы:
• от охлаждения оборудования в закрытом контуре без прямого контакта с
атмосферой и продуктом охлаждения. Загрязнения практически отсутствуют.
Температура воды на 10-15 °С выше температуры исходной охлаждающей
воды;
■ от охлаждения открытых нагретых поверхностей орошением (например,
холодильники печей спекания и кальцинации). Вода содержит взвешенные
вещества; ее температура на 15-25 °С выше температуры исходной воды.
Дождевые сточные воды, отводимые с территории предприятий
алюминиевой промышленности, содержат взвешенные вещества, нефть и масло до 10-
15 г/дм , а также некоторые продукты производства (NaOH, хлориды,
фтористые соли).
Все кислые воды можно обрабатывать в следующем порядке: нейтрализация,
осаждение и коагуляция, отстаивание в осветлителях типа «Циркулятор» и «Тур-
боциркулятор». Концентрация осадка и скорость отстаивания значительно
изменяются в зависимости от состава осадка: АJ03, А1(ОНK, CaF2, С и тд.
Незагрязненная вода от охлаждения оборудования не требует очистки.
Вода, содержащая механические примеси, очищается в горизонтальных
отстойниках. Параметры отстойников определяются на основании данных о
гидравлической крупности примесей. После отстаивания сточные воды в ряде
случаев могут быть объединены в системе оборотного водоснабжения с
незагрязненными водами.
По результатам обследований ВНИИводгео, на глиноземном заводе
(работающем по способу Байера) кинетика выпадения взвешенных веществ из
сточных вод отделений выщелачивания, обескремнивания, выпаривания и
некоторых других характеризуется данными, приведенными в табл. 6.41.
Сточные воды, содержащие химические загрязнения, используются в
оборотном водоснабжении в самостоятельном цикле, как правило, без очистки.
При этом не требуется подпиточной воды, так как потери воды на градирнях
579

580

компенсируются сконденсировавшимся паром. Концентрация растворенных
примесей в таких системах не превышает 4 г/дм3.
Огочиые воды от систем гидротранспортирования шлама перед повторным
использованием требуют специальной очистки. В глиноземном производстве
эти воды проходят в шламонакопители, ограждающие дамбы которых
возводятся намывом самого осадка в процессе эксплуатации или отсыпаются из
естественных фунтов. Ложе шламохранилшц и откосы ограждающих дамб
защищаются противофильтрационными экранами (полиэтиленовая пленка,
асфальтополимербетон).
Вода после предварительного осветления используется в оборотном цикле
систем гидротранспортироваиия шлама и частично в производственном
процессе для приготовления растворов, что позволяет экономить щелочь и ALO,
концентрация которых в сточных водах значительна.
Для оборотных систем гидротранспортирования качество воды не имеет
существенного значения, и после осветления в ней могут содержаться
остаточные взвешенные вещества. При использовании осветленных сточных вод для
Таблица 6.42
ХАРАКТЕРИСТИКА ШЛАМА ГЛИНОЗЁМНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Показатели
Удельное количество шлама,
т на 1 т глинозема
Гранулометрический состав
I
I
Максимальная крупность
частиц, мм
Объемная масса, т/мэ
Температура пульпы, "С:
летом
зимой (при разжкясенни до
ТЖ= 1:5)
Содержание в подшламовой
воде, кг iia 1 т глинозема:
Ка20
Al2Oj |
Примечание. Над чертой п
содержание частиц заданной кр
Значение показателей загрязненных сточных вод
при применении бокситовой руды и способа
Байера
1—1,2
0.16-0,075
4;
<0.075
96
0,3-0,5
3-3,6
60
40-45
3-9
3-6
риведен грж.
/пности, % (ы
спеканютс
диффузиошшм
выщелачиванием
1,8-2
=>5
21,6;
5-1
67,5;
1-0.5
6,7;
0.5-0.2
4,2
10
3-3,5
45
30-32
4-10
4-8
лометрический со
асе.)
Байера —
спекания
2,1-2.2
М).8
10;
0.8-0.2
40;
0.2-0.16
20;
0.16-0,075
30
0,8-1
3
36
16-20
2,5
3 ]
став частиц пи
при применении руд
нефелиновых
7
_>Q2
5-10;
<шш
30-35;
0.16-0.075
40-50;
0.075
15-20
1
2,6-3
60
50-55
-
ама, мм, а пот
алунитовых
2,6
>0.1б
10;
0,16-0.075
30;
50,075
60
1
2,8
50
32-55
7.S-8
4,5-4,8
чертой —
581

подпитки других оборотных циклов и охлаждения оборудования содержание
взвешенных веществ не должно превышать 50 мг/дм -
Такое качество воды может быть достигнуто при многочасовом отстаивании
ее в прудах (обычно не более 24 ч). Характеристика шлама, выпадающего из
сточных вод глиноземного производства, приведена в табл. 6.42. Сточные воды
систем гидротранспортирования шлама из отделения регенерации криолита,
содержащие фтористый кальций, криолит и сульфаты, могут использоваться в
оборотном цикле систем гидротранспортирования после частичного
снижения содержания сульфатов. Это осуществляется по схеме,
предусматривающей переохлаждение сточных вод, что возможно в зимний период в прудах с
забором воды из-подо льда. При этом снижение содержания сульфатов
достигает 50-60 %. Для той же цели можно использовать холодильные установки
(проект Иркутского филиала ВАМИ). В районах с большим дефицитом
влажности сточные воды направляются в пруды-испарители, рассчитанные на
испарение жидкой фазы и накопление в пруде солей и механических примесеа
Шламовые стоки криолитного производства направляются в шламонакопи-
тели, предусмотренные на заводе для складирования гипса. Осветленная в
шламонакопителе вода используется в оборотном цикле систем
гидротранспортирования гипса.
6.3.3. Очистка сточных вод предприятий
производства магния и титана
Магний получают из карналлита (минерал, содержащий хлористые магнии
и калий) элекгролитическим методом. После предварительного
обезвоживания сырьевая масса проходит вращающиеся и электролитические печи.
Отделяющийся хлор передается на производство титана. Последний
выплавляется в рудотермических печах со шлаками. После измельчения шлаки
брикетируются с нефтяным коксом и обрабатываются хлором в шахтных
электропечах. В дальнейшем в реакторах происходит процесс восстановления
титана до титановой губки с применением магния, а образующийся хлористый
магнит! возвращается в производство.
Таблица 6.43
УДЕЛЬНЫЕ РАСХОДЫ СТОЧНЫХ ВОД ТИТАНОМАГНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА
Производство
Рафинированного магния
Титановой губки
Норма водоотпедения, м3 на 1 т продукции
зафязиенных вод
4,5
20,5
boa направляемы* в оборот
125
780
Прим е ч а и и е. В летний период количество сточных вод увеличивается на 10 %■
582

Сточные воды при получении магния поступают от охлаждения
теплообменников ртутных выпрямителей электролизеров, компрессоров,
подшипников, держателей электродов и установки литья слитков, от промывки хлороп-
роводов и аппаратуры, от очистки газов.
Сточные воды в производстве титана образуются при охлаждении рудотер-
мических печей и печей коксования брикетов, шахтных электропечей,
реакторов, от промывки оборудования и из системы газоочистки.
В табл. 6.43 приводятся расходы сточных вод при производстве магния и
титана.
Сточные воды от охлаждения печей и оборудования производств магния и
титана практически не загрязнены. Они имеют температурный перепад 10-
15 °С.
Сточные воды от промывки оборудования и газоочистки указанных
производств загрязнены: до 15 г/дм3 взвешенными веществами, до 4-5 г/дм
соляной кислотой, до 16 г/дм3 хлоридами, до 1,7 г/дм3 магнием и до 0,8 г/дм тита-
ном; их общее солесодержание — до 30 г/дм .
Сточные воды от охлаждения печей и оборудования подвергаются только
охлаждению на градирнях и возвращаются в систему водооборота. Сточные
воды от промывки хлоропроводов и систем газоочистки, загрязненные
взвешенными веществами и соляной кислотой, нейтрализуются известковым
молоком, отстаиваются с предварительной коагуляцией, после чего
сбрасываются в водоем.
Отстаивание воды идет в две ступени: в течение 1,5-2 ч без коагуляции и в
течение времени, принимаемого по СНиП как для сточных вод, содержаще
мелкодиспергированную взвесь, но не менее 2 ч.
Необходимое количество извести определяется в зависимости от
концентрации кислоты. Дозы коагулянта следующие: сернокислого алюминия — 100-
120 мг/дм3, полиакриламида — 0,4-1 мг/дм\
Эффект очистки по взвешенным веществам 99 % (остаточное содержание
механических примесей 20-25 мг/дм3); снижение содержания магния и
титана следует определять опытным путем.
С целью сокращения поступления в водоем очищенных сточных вод, содеР"
жащих большое количество хлористых солей, сточные воды систем газоочис"
тки могут использоваться для получения пшохдорита кальция, хлорного #е"
леза и других концентрированных хлорсодержащих соединений.
На магниевых, заводах для защиты от коррозии магниевых слитков приМе"
няется раствор бихромата калия. Процесс осуществляется в травильном ко11'
вейере. Отработанный травильный раствор периодически сбрасывался в ка~
нализацию, так как пассивация прекращалась в результате обеднения растру
ра по хрому и перехода бихромата калия в хромат. Отработанный травильньн*
раствор имеет следующий состав, г/дм3: 1,0-2,0 Cr6+; Cr+ нет; 0,2-0,3 С# *

Конденсат
Рис. 6.10. Аппаратурная схема установки "Риохром": / — путч-фильтр; 2 — приемный (напорный)
бак; 3 — бак конденсата; 4 — бак элюата; 5 — напорный бак оборотного элюата; 6 — то же
приемный; 7 — ионообменная колонка; 8 — приемный бак регенерированного раствора; Р —
регенерированный раствор; 10 — сброс элюатов; // — травильный раствор
0,3- 0,4 Mg2+; 0,15-0,30СГ; 0,5-1,0 SO/"; 1,0-2,0 твердых взвесей; 5,0~6?0
сухого остатка; рН = 7,5-7,9. В институте «Казмехаиобр» разработана
технология, спроектирована, изготовлена и внедрена в производство промышленная
ионообменная установка по очистке сточных вод от хрома, названная
«Риохром» (регенератор ионообменный хрома).
Сущность способа очистки заключается в следующем (рис. 6.10).
Отработанный травильный раствор вышеприведенного состава отфильтровывается
от твердых взвесей и поступает на ионообменную колонну со
слабокислотным карбоксильным катеонитом КБ-2х8 в водородной форме. Скорость
пропускания раствора 10 об/об в час. На смоле сорбируются катионы кальция и
магния:
RH + Са2++ Mg2+ -> R(Ca,Mg) + Н\
а также происходит превращение хромата в бихромат калия:
2RH + 2К2СЮ4 -> 2RK + KfxQ + Нр.
F.7)
F.8)
Карбоксильный катионит имеет нижнюю границу рабочей области рН = 3-
4, что соответствует величине рН растворов бихроматов; дальнейшее взаимо-
584

действие, приводящее к образованию хромовой кислоты, в данном случае
исключено.
Вытекающий из ионообменной колонны фильтрат (очищенный раствор бих-
ромата калия) имеет, кислую реакцию рН ~ 2. В процессе регенерации
значение рН постепенно возрастает до исходного рН = 7,5-7,9 и цвет раствора
изменяется от оранжевого (окраска раствора бихромата калия) до
желто-зеленого (окраска раствора хромата калия). Процесс сорбции (регенерации)
заканчивается при значении рН = 6. За один цикл сорбции может быть
регенерировано 80 удельных объемов. Степень очистки от кальция составляет за один цикл
85 %, от магния 50 %, а степень регенерации бихромата калия приближается к
100 %.
Очищенный и отрегенерированный раствор вновь возвращается в
травильный конвейер.
После сорбции смола промывается водой с тем, чтобы в элюаты не попадал
хром. Элюирование смолы проводится десятью удельными объемами
раствора соляной кислоты. Богатые элюаты, состоящие из хлоридов кальция и
магния, направляются в общий сброс заводских сточных вод. Более кислые
бедные элюаты используются в обороте следующего цикла элюирования.
Установка «Риохром» внедрена на нескольких магниевых заводах. Это
позволило обеспечить очистку сточных вод от хрома, полную регенерацию
травильного раствора, улучшить качество хромовых покрытий на металле в
результате умягчения регенерированного травильного раствора, сократить
расход реагентов на нейтрализацию сточных вод.
6.3.4. Очистка сточных вод заводов цветной металлургии
К заводам цветной металлургии относятся: цинковые, свинцовые, свинцо-
во-ципковые, никелевые, медеплавильные, кобальтовые и оловянные.
Основное количество сточных вод заводов цветной металлургии
используется без очистки в замкнутых системах оборотного водоснабжения для
охлаждения оборудования.
Загрязненные сточные воды от различных технологических операций
подвергаются локальной очистки. Методы локальной очистки подобны методам,
применяемым на предприятиях обогащения руд цветных металлов.
При производстве цинка цинковую обманку обогащают методом флотации,
что приводит к образованию больших объемов отработанной воды,
содержащей истощенную руду и соли цинка в суспендированном или растворенном
виде. Так как соли цинка токсичны и их необходимо осадить перед сбросом,
воду подвергают обработке щелочными реагентами в осветлителях.
Вода после очистки доменных газов очищается в отстойниках со
скребковыми механизмами, в некоторых случаях применяют рециркуляцию осадка. Вред-
58S

ное воздействие некоторых вторичных реакций ограничивается с помощью
специальных устройств.
В гидрометаллургии сульфидные руды сначала подвергают обжигу и
выщелачиванию серной кислотой, затем производят разделение твердой и жидкой
фаз, осаждение других металлов (Си, Ni, Cd) с помощью цинковой пыли,
раствор подвергают электролизу, в процессе которого собирают выделившийся
на катоде цинк (при этом серная кислота рециркулирует). Возможно также
применение экстракции растворителями. Обогащение бедных руд может быть
достигнуто обработкой их аммиаком или каустической содой.
Ионы цинка, хрома (III), свинца, меди и кадмия образуют со щелочами труд-
норастворимые гидроксиды. Ниже приведены величины произведения
растворимости (ПР) этих гидроксидов:
Гидроксид ПР
Zn(OHJ 5-10~"
Сг(ОНK 1-1030
РЬ(ОНJ 2-Ю6
Си(ОНJ 5,6-КГ50
Cd(OHJ 1,2-10"
Теоретически полное осаждение ионов цинка должно происходить при рН =
= 9,0-9,2. С увеличением или уменьшением рН растворимость гидроксида
цинка повышается (рис. 6.11).
При действии карбоната натрия образуется труднорастворимое в воде
соединение цинка ZnC03-Zn(OHJ-H20. Экспериментально установлено; что для
обеспечения оптимальных условий осаждения цинка карбонатом натрия
требуется значительное количество реагента, поэтому рекомендуется проводить
12,5 рН
Рис. 6.J I. Зависимость растворимостей в воде гидроксидов хрома и цинка (в пересчете на Сг* и Zn!*
or рН: / — Сг (ОН), (подщелачивайте известковым молоком); 2 — Zn(OH) (подщелачивайте
известковым молоком); 3 — Zn(OHJ (подщелачивание карбонатом ишрия)
586

двухступенчатую очистку воды от цинка, предусматривающую
предварительную нейтрализацию серной кислоты карбонатом натрия с последующим
осаждением цинка едким натром.
Более глубокая очистка от катионов цинка возможна путем осаждения его в
виде труднорастворимого сульфида: Zn ++S2" -> ZnS; ПР = 1,6-10"4;
оптимальное значение рН при осаждении цинка сульфидом натрия составляет 2,5-3,5.
Осаждение ионов хрома из сточных вод производят известковым молоком в
интервале рН = 8,0-9,5. Выше и ниже этих пределов растворимость гидрокси-
да возрастает (см. рис. 6.11).
->■ Промывная кислота «<
Уголь КАД
В отвал
В отвал
НС1
Промывка
Промывка
■№гСО,
<—Вода
Дссорбтив
Подквсленне
i
Анионит
АН-21
Вода'
^1Н,ОН>
Вода
НС1
Поглощение
Re
Промывка
Элкжрование
Re
Прормывка
Регенерация
-В отвал
В отвал
Элюатбг/дм5
-*——
| Улариваиие )-<-
I маточный
раствор
I перренат
1 -я лерекристал-
Вола
т
II перренат
лизэция
г
II маточный
раствор
I 2-я перекрнстал-
I дизация
III перренат III маточный
4 раствор
Рис. 6.12. Адсорбциошю-ио>:
вменим схема извлечения рения из промывной серной кислоты
587

На молибденовой фабрике Балхашского горнометаллургического
комбината имеются сбросные воды, содержащие молибден и рений. Это — маточные
растворы после осаждений молибдата кальция с содержанием молибдена до
1 г/дм' и рения до 30 мг/дм3 и сернокислые растворы мокрой очистки
отходящих газов печи КС при обжиге некондиционных молибденовых
концентратов, содержащие до 100 г/дм3 серной кислоты, до 1 г/дм3 молибдена и до 0,5 г/
дм3 рения. Для очистки (извлечения) этих растворов от молибдена и рения в
60-х годах также была внедрена ионообменная установка. Маточные
растворы подкисляют серной кислотой до рН = 3 и подают на ионитовые колонки с
анионитом АН-1 в сульфатной форме для сорбции молибдена с удельной
нагрузкой 3 удельных объема в час. Сорбцию ведут до проскока молибдена 30-
40 мг/дм . После промывки насыщенного анионита молибден элюируют 1 н.
раствором аммиака со скоростью 1,5 удельных объема в час. Богатые элюагы
направляются на осаждение из них молибдата, а бедные — в оборот.
Извлечение молибдена при ионном обмене составляет около 95 %.
Растворы после извлечения из них молибдена подкисляют до рН = 2-3 и
подают на угольные колонки с активированным углем КАД. Далее растворы
перерабатываются по схеме, аналогичной приведенной на рис. 6.12.
Сернокислые растворы мокрой очистки газов печи КС с рН = 1-3 поступают на ани-
онит АН- 21x16, на котором селективно сорбируется рений, а молибден
переходит в фильтрат; из фильтрата он извлекается на анионите АН-1. Описанные
установки успешно работают в течение многих лет, позволяя извлекать из
сточных вод такие металлы, как рений и молибден.
Ионы свинца можно осаждать не только в виде гидроксида свинца, но и в
виде гидроксокарбоната свинца и карбоната свинца (ПР = 1,5-10"'3). Поэтому
для осаждения катиона свинца можно применять известняк, необожженный
доломит и подобные материалы.
Гидроксид меди обладает амфотерньши свойствами и поэтому может
растворяться в кислоте и щелочи. Практически полное выделение гидроксида
меди происходит при рН = 8-10, а с увеличением рН возможно образование
растворимых купритов (NaHCu02 или NaCuC03). Целесообразно осаждать
катионы меди (II) из воды в виде гидроксокарбоната, нерастворимого в воде:
2Cu2++C032~+ 20Н" -> Си(ОНJС03. F.9)
Очистка сточных вод от ионов кадмия производится путем подщелачивания
их до рН = 10,5. Образующиеся, мелкодисперсные частицы Cd(OHJ могут
быть выделены в осадок коагуляцией сульфатами алюминия или железа.
Катионы кадмия можно также осаждать в виде CdS, добавляя сульфид натрия
при рН = 4; ПР сульфида, кадмия 1-10~~2'.
588

Для осаждения тяжелых металлов предложены и другие реагенты.
Например, удаление ртути и кадмия из воды можно осуществлять с помощью ксан-
тогенатов, образующих нерастворимые комплексы с ионами ртути и кадмия.
Глубокая очистка сточных вод от ионов ртути проводится путем их
осаждения в виде сульфидов ртути по схеме: Hg2++S2~ ->■ HgjS-1-. Произведение
растворимости Hg2S составляет 1,б-1(Гя, что соответствует концентрации ртути
(в дистиллированной воде) 2,5-Ю"' мг/дм3. В реальных сточных водах,
содержащих и другие соли, растворимость Hg2S выше, чем в дистиллированной
воде. В результате осаждения образуются коллоидные частицы сульфида
ртути, выделение которых из воды производится коагуляцией сульфатом
алюминия или железа. Остаточная концентрация ртути после такой очистки не
превышает 0,07 мг/дм .
Для очистки сточных вод от цианидов на Зыряновском свинцовом
комбинате эксплуатируется ионообменная установка. Технологическая схема
приведена на рис. 6.13. Установка обеспечивает очистку стоков в количестве 400 м /
Слив
сгустителя
Сорбция иа угле
Сорбция
т*
^. Золото-угольный
концентрат
Очищенный сток
в отвал
Вариант 1
*■ Смола
». Элюирование -
Смола I 41
Элюат
Рпектполиз
1 F
Отработанный Электролитная
L
зиюента
Подкислекис
и вакуумная
отгоика
электролит
Поглощение
HCN
т~
Раствор
NaCN
На фабрику
Нейтрализация
элюата
1
Медно-цииковый
кек
*
На фабрику
,п„й„ипнной очистки швнеодержаших сливов сгустителей обога-
Рис. 6.13. Технологическая схема сорбционкои очгад»»
тигельной фабрики
589

сут. Основное оборудование: песчаный фильтр (D = 3000 мм, Н = 4250 мм);
три ионитовых фильтра (D = 3000 мм, Н= 5440 мм), в которые загружено 33 м3
анионита АВ-17х10; песчаный фильтр для очистки раствора поваренной соли
A850x1600 мм, Н= 2000 мм); четыре сдвоенные электролизные ванны
объемом 4 м ; выпрямительные агрегаты; поглотительные колонны (D = 1L20 мм,
И = 4800 мм) для улавливания цианистого водорода; промежуточные баки и
насосы. Слив сгустителя медного концентрата, содержащий, мг/дм : 800-1000
суммы цианидов, 400-500 меди, 40-60 цинка и до 5 золота, поступает
первоначально на фильтр, загруженный активированным углем КАД-йодный. На
угле сорбируются практически все золото, органические примеси (остатки
флотореагентов) и тонкодисперсные частицы. Уголь, насыщенный золотом (зо-
лотоугольный концентрат), поступает потребителю. Только за счет
дополнительного извлечения золота установка дает значительную прибыль, но в
цветной металлургии активные угли для очистки сточных вод еще не нашли
широкого применения.
Хотя по мере ужесточения требований к качеству сбрасываемым сточным
водам и водам, направляемым в оборот, сорбция на активных углях как метод
глубокой доочистки вод будет находить все более широкое применение в
цветной металлургии.
Фильтрат после угольной колонки, в своем роде кондиционированный,
«облагороженный», т.е. очищенный от органики и тонких взвесей, поступает на
ионитовые колонки. На анионите АВ-17хЮ сорбируются в основном
комплексные циан иды меди и цинка. Фильтрат после анионирования,
содержащий, мг/дм3: 0,8 Си, 2 Zn и 40 свободных цианидов, поступает в оборот на
фабрику. Извлечение, таким образом, составляет, %: 100 Аи, 95 Си, 93 Zn и 83
цианидов.
Регенерация анионита или элюирование меди осуществляется 18 %-ным
раствором поваренной соли. Состав элюатов, г/дм3: 4-5 Сг, 0,4-0,5 Zn и 6-8
цианидов. Переработка элюатов осуществляется электрохимическим методом
в ванне с нерастворимыми анодами. В связи с высокой концентрацией
поваренной соли на электродах протекают реакции, приводящие к образованию
гипохлорита натрия, который легко окисляет цианиды до оксидов металлов,
С02 и N2. При определенной плотности тока медь осаждается на катоде.
Таким образом, при электролизе выделяются металлы и разрушаются цианиды,
после чего отработанный раствор используется в последующей операции элю-
ирования.
При электрохимическом способе регенерации элюатов расход
электроэнергии составляет 130 кВт-ч/м раствора, или 20000 кВтч/т меди; выход меди по
току до 20 %. При электролизе происходит деструкция (разрушение)
цианидов, стоимость которых превышает стоимость меди и цинка вместе взятых. В
связи с этим были проведены лабораторные исследования и полупромышлен-
590

ные испытания способа вакуумной обработай элюатов, позволяющего не
разрушать, а регенерировать цианиды. Метод заключается в кислотной
обработке элюата при пониженном давлении. Показано, что концентрация меди и циан-
ионов достигает минимальных значений при рН = 2,0-1,5. Очистка при
остаточном давлении 0,4-0,5 МПа продолжается 15 мин. Выделяющаяся
синильная кислота поглощается щелочью с образованием товарного
продукта-цианида щелочного металла. После нейтрализации хлор-натриевый элюат,
содержащий в среднем, мг/дм3: 40 CN, 10 Си и 3 Zn, возвращается на очередную
операцию десорбции цианистых соединений меди и цинка с ионообменной
смолы. Полупромышленные многоцикловые испытания показали, что смола
не снижает своей сорбционной емкости. Способ переработки элюатов
вакуумной отгонкой позволяет регенерировать (извлекать) до 80 % цианидов и
возвращать их на фабрику.
Медь и цинк, извлекаемые в осадок, также могут быть возвращены в
производство.
Эксплуатация опытно-промышленной ионообменной установки на Зырянов-
ском свинцовом комбинате показала, что, кроме достижения социального
эффекта (очистка сточных вод), установка дает экономический эффект за счет
реализации меди и использования шансодеркащих фильтратов в обороте.
На Чимкентском свинцовом заводе была построена и прошла
полупромышленные испытания установка ИУ-100 производительностью 100 м3/ч по
умягчению воды с использованием ферромагнитных сорбентов, эксплуатация
которой подтвердила целесообразность использования ферромагнитных смол.
При производстве никеля гидрометаллургические процессы в большинстве
случаев используются для обработки бедных силикатных руд (гарнириты,
латериты). В течение длительного времени применялось только выщелачивание
аммиаком или карбонатом аммония. В настоящее время используются другие
методы: выщелачивание серной кислотой (горячей и под давлением) и
хлорирование.
Штейн также очищается методами гидрометаллургии с использованием двух
основных способов выщелачивания—серной кислотой или хлоридами; в
обоих случаях металл извлекается электролизом. Процесс с применением
хлоридов включает очистку с помощью растворителей и (или) ионообменных смол,
а также удаление сульфатов хлоридом бария. И в этом случае эффективность
процесса может быть значительно повышена с помощью дополнительной
очистки — фильтрования через песок, а при экстракции растворителем —■ коалес-
ценцией и (или) адсорбцией на активном угле.
На комбинате «Североникель» пущена в эксплуатацию
опытно-промышленная ионообменная установка производительностью 200 м3/ч. Установка
предназначена для сорбционного извлечения металлов из наиболее
концентрированных по никелю дренажных сточных вод электролизного цеха.
591

Сорбционная установка включает в себя следующие технологические
операции: сорбционную очистку сточных вод с извлечением никеля и других
металлов; регенерацию катеонита с получением товарного регенерата;
приготовление регенерирующего раствора серной кислоты. Сточные воды,
содержащие 400-1000 мг/дм3 никеля, поступают на сорбционную очистку в
колонны с кипящим слоем сорбента, который создается восходящим потоком воды,
поступающей на очистку. Никель сорбируется на катионите КУ-28 (Н) в не-
прерывно-противоточном режиме, в трех последовательно соединенных
аппаратах при скорости восходящего потока 10 м/ч. Насыщенный катионит из
первой колонны после обезвоживания на грохоте регенерируется 20 %-ным
раствором серной кислоты в плотнодвижущемся слое сорбента в противоточ-
но-непрерывном режиме в три стадии; промывка катионита осуществляется в
две стадии. Отмытый и обезвоженный на грохоте катионит вновь
возвращается в сорбционные аппараты. Промводы используют для приготовления
регенерирующего раствора.
Количество извлекаемого никеля составляет 30-40 кг/ч, емкость катионита
30-40 кг/м3, скорость перегрузки сорбента из аппарата в аппарат 1,0-1,5 м/ч.
Установка обеспечивает очистку воды до концентрации никеля,
соответствующей ПДК для оборотного водоснабжения A-5 мг/дм3). Выход товарного
регенерата около 2 % от объема очищаемых сточных вод. Товарный регенерат,
содержащий до 20-30 г/дм3 никеля и около 100 г/дм3 серной кислоты,
используется в технологическом процессе цеха электролиза никеля. Очищенные
сточные воды направляются в систему оборотного водоснабжения.
Рис. 6.14. Фильтрование через песок раствора сульфата меди. Производительность 3300 м3/ч.
Рудники Чингола (Замбия)
592

Исследования, проведенные комбинатом «Североникель» так же показали
возможность очистки сточных вод от никеля природным вермикулитом.
Регенерацию вермикулита осуществляли 10 %-ным раствором поваренной
соли, подкисленной соляной кислотой до 5-7 г/дм. Концентрация никеля в
элюатах превышала в 100 и более раз концентрацию его в исходной воде.
При производстве меди зависимости от свойств руды металл получают с
помощью сухого или мокрого процесса. В возрастающих масштабах
применяются гидрометаллургические процессы, которые обычно включают
выщелачивание серной кислотой и электролиз, так как они дают возможность обрабатывать
низкосортные руды и флотационные хвосты. В то же время при обработке
растворов перед осаждением металла все большее применение находят
ионообменные смолы и особенно жидкостно-жидкостная экстракция, поэтому в
зависимости от обстоятельств или очищают растворы для получения товарного
продукта, или обогащают истощенные выщелачивающие растворы. На рис. 6.14
показана фильтровальная станция на медном руднике в Замбии.
Из медных стержней получают прокатный профиль, кабель, проволоку.
Черновая обработка меди включает промывку поверхности металла водой;
ценные оксиды меди остаются в виде суспензии в воде, и обычно их извлечение в
зависимости от размеров частиц прямым осветлением, экстракцией в
циклонах или механическим фильтрованием оказывается экономически
оправданным. При волочении проволоку погружают в эмульсионные растворы, к
составу которых предъявляются жесткие требования, что часто обусловливает
необходимость их обработки.
При производстве некоторых типов электрических кабелей и подготовке
поверхностей перед последующей окончательной обработкой применяют
предварительное травление серной кислотой. Процесс травления приводит к
одновременному образованию металлической меди в суспензии и сульфата меди в
растворе. Травильные растворы, обогащенные сульфатом меди, регенерируют
с помощью электролиза, при котором медь выделяется на катодах. Сульфат
меди, захваченный промывной водой, может быть извлечен также после
концентрирования меди на катионитовых фильтрах, кислотный элюат которых
рециркулирует через электролизер.
В некоторых случаях сточные воды, представляющие собой
высококонцентрированные растворы серной кислоты с примесями металлов, можно не
нейтрализовать щелочными реагентами перед сбросом, а снизить их кислотность
сорбционным методом с отделением ионов металлов.
В основе сорбционного метода нейтрализации лежит реакция сульфат-би-
сульфатного обмена на анионообменных смолах
RSO4+HSO;+H30* -> RHS04+H20, F.10)
593

где R — полимерная основа смолы.
В концентрированных растворах серной кислоты это равновесие смещено
вправо (т.е. в сторону сорбции серной кислоты), а в разбавленных — влево
(т.е. сорбированная кислота может элюироваться водой). Если через слой ани-
онита, например АВ-178 в S042" форме, пропускать раствор крепкой серной
кислоты C00^-00 г/дм ), содержащей соли металлов, то можно осуществить
разделение серной кислоты и ионов металлов. При этом ионы металлов
окажутся в фильтратах сорбции, а серная кислота — на смоле, откуда
впоследствии ее можно элюировать водой. Раствор, содержащий ионы металлов,
может быть направлен на переработку для извлечения металлов, а очищенная от
металлов серная кислота — потребителю.
Способ был отработан технологически и аппаратурно в институте «Казме-
ханобр» и внедрен для сорбционного обескислочивания четвертого маточного
раствора при производстве медного купороса на Балхашском ГМК. Метод
может быть использован как предварительная обработка сернокислых
растворов при очистке производственных сточных вод.
При мокрой очистке конверторных газов на Балхашском
горнометаллургическом комбинате образуется так называемая промывная серная кислота
примерно следующего состава, г/дм3: 200 R,S04; 0,1 Re; 2,5 F; 1,5 As; 0,1 Cd; 4,0
Zn; 0,1 Cu; 0,6 Fe; 2,0 CI; 0,7 Al; 0,5 Mg; 0,3 K; 1,5 Na; 0,05 Ca; 0,02 Sb.
Промывную кислоту разбавляют водой и подвергают отстаиванию и декантации для
отделения от шламов, которые после отмывки от кислоты и нейтрализации
содой становятся товарным свинцовым кеком. Промывные воды объединяют
с промывкой кислотой, довода содержание серной кислоты до 6-10 %
(примерно 60-100 г/дм). Была разработана и внедрена адсорбционно-ионообмен-
ная технология извлечения рения из промывной кислоты.
Промывная кислота после фильтрации на фильтрах из битого стекла
поступает на угольные фильтры, где происходит адсорбция рения на
активированном угле КАД. Раствор кислоты (фильтрат) после адсорбции с содержанием
рения менее 5 мг/дм является отвальной сточной водой. Насыщенный уголь
промывается водой, и рений десорбируется горячим (85-90 СС) 1 %-ным
раствором соды в виде NaRe04. Полученный десорбтив, содержащий 1-2 г/дм3
рения, 3-^Ф г/дм3 сульфатов и другие примеси, подкисляется соляной кислотой
до рН = 4-5 и направляется на ионитовые колонки со слабоосновным аниони-
том АН-21 в хлоридной форме со скоростью до 3 удельных объемов в час.
Емкость анионита по рению составляет 20-30 %. Насыщенный анионит
промывается катионированной водой, и рений элюируется 2,0-2,5 н. раствором
аммиака. Бедные элюаты направляются в оборот, а богатые, содержащие 5-
7 г/дм3 рения, поступают на упаривание (до 80-90 г/дм3 рения). Из упаренного
элюата кристаллизуется перренат аммония, подвергающийся двойной пере-
594

кристаллизации. Извлечение рения из промывной кислоты в товарную соль
составляет 92-95 %.
Метод ионного обмена для улавливания меди из медно-алюминатных
растворов производства искусственного шелка применяли в Германии еще в
1936 г. Сорбцию осуществляли на катионите Вофатит-F в Н-форме.
Последовательно с катионитовой колонкой была соединена колонка, содержащая
поглотитель аммиака. Очищенную воду, а также сульфат меди, получаемый в
процессе регенерации катионита, возвращали в производство.
Различными авторами для сорбции меди были предложены следующие иони-
ты: Дуалит С-20, АВ-16, Ш.С-50, ПермутитН-70, сульфоутоль КУ-1, СБС, СДВ-
2, СДВ-3, ЭДЭ-10П, АН-2Ф. Все лабораторные исследования показали
хорошие результаты. В качестве примера можно привести результаты
полупромышленных испытаний, проведенные институтом «Казмеханобр» по очистке от
меди и никеля растворов электролитного цеха Балхашского
горнометаллургического комбината. Испытания проводились на передвижной ионообменной
установке ПИУК-1. В работе находилось пять ионитовых колонок с
одновременной загрузкой смолы 2,5 в каждой. В качестве сорбента использовали ка-
тионит КУ-2 в Н-форме. Очистке подвергали сточные воды электролитного
цеха следующего состава, г/дм3: 3,4Си; 1,5Ni; 1,3H2S0 ;0,4As;0,03Pb;pH =
= 2. Элюирование проводили серной кислотой B00 г/дм). Бедные элюаты
направляли в оборот. Было проведено ] 0 циклов и переработано 400 дм3
растворов. Очищенные растворы перед нейтрализацией имели состав: <0,1 мг/дм3
Си и М; 8 г/дм3 H2S04; 0,4 г/дм3 As; 0,02 г/дм3 Sb; 4-Ю г/дм3 Fe; рН = 1, После
нейтрализации содой содержание мышьяка, сурьмы и железа значительно
снизилось. Нейтрализованные сточные воды могут быть сброшены в
канализацию. Богатыеэлюаты содержали, г/дм3:20-40 Си; 5-6Ni; 100-120 H2S04; 0,lAs;
9-10 Sb. Продолжительность одного цикла сорбции составляла 2 ч; емкость
катионита КУ-2 39 г/дм3, в том числе по меди 27 и по никелю 12 г/дм3.
Отработанная технология может быть внедрена при успешном аппаратурном
оформлении процесса и его автоматизации.
Для очистки вод от ионов тяжелых металлов применяют способ,
основанный на способности специфической группы микроорганизмов сульфатреду-
цирующих бактерий использовать в процессе дыхания кислород сульфатов в
качестве акцептора водорода, восстанавливая их при этом до сероводорода.
Сероводород, являясь сильным восстановителем, реагирует с растворенными
ионами металлов с образованием нерастворимых сульфидов, выпадающих в
осадок.
Очистка производится в биологических прудах, в донных отложениях
которых обычно содержатся сульфатредуцирующие бактерии. Для проведения
очистки необходимо снизить окислительно-восстановительный потенциал воды
595

пруда путем введения восстановителей или избыточного количества
органических веществ. В результате происходит интенсивное размножение
указанных бактерий в водной толще.
Способ был принят к промышленной эксплуатации для очисгки сточных вод
Балхашского горнометаллургического комбината, содержащих ионы металлов
в количестве 0,2-0,3 мг/дм . В отстойном пруду хвостохранилища было
произведено скашивание тростника в количестве 320 т, что привело к снижению
окислительно-восстановительного потенциала воды. Эта мера вызвала
интенсивное развитие сульфатредуцирующих бактерий, в результате
жизнедеятельности которых содержание вредных примесей в сточных водах снизилось
независимо от сезонов года в среднем: меди на 79, мышьяка на 86 и молибдена
па 44 %.
Абсолютное содержание ионов меди, мышьяка и молибдена при этом
составило соответственно 0,06; 0,0062 и 0,39 мг/дм3 при исходной концентрации
ионов металлов до 0,2-0,3 мг/дм3. Продолжительность очистки 20-25 сут.,
количество сульфатредуцирующих бактерий 102-103 клеток на мл.
Очистка от ионов металлов с применением харовых водорослей. Способ
может быть внедрен при наличии в составе предприятия биологических
прудов. Лабораторными исследованиями, (институт «Казмеханобр»),
установлено, что харовые водоросли довольно интенсивно поглощают ионы тяжелых
металлов и обогащают при этом воду кислородом. Так, введение 5 дм
промышленных сточных вод, содержащих 5 мг/дм3 меди и 3000 мг/дм сухого
остатка, в вегетационный сосуд с растущими в нем харовыми водорослями
способствовало снижению общей минерализации через 5 сут на 190 мг/дм и
полному удалению меди. При введении в вегетационный сосуд с харовыми
водорослями сточных вод, содержащих 10 мг/дм3 меди, и общей
минерализацией 3000 мг/дм , медь в воде через 5 сут не была обнаружена, общая
минерализация воды снизилась на 115 мг/дм3.
Харовые водоросли являются неприхотливыми растениями, быстро
размножаются, при этом несколько растений за 2-3 года способно образовать целые
заросли. Эти водоросли представляют большой интерес для рыбоводческих
хозяйств, так как обогащают пруды кислородом и являются кормом для рыб.
Биологическая очистка сточных вод предприятий цветной металлургии,
основными токсичными компонентами которых являются цианиды, ионы
тяжелых металлов и органические флотореагенты, до недавнего времени не
применялась ввиду отсутствия способов, которые можно было бы применять в
промышленных масштабах. Это связано со сложностью состава сточных вод,
большими их объемами, недоступностью некоторых органических флотореа-
гентов для микроорганизмов, токсичностью действия па микрофлору
активного ила, ионов металлов, цианидов, ряда органических флотореагентов и ДРУ"
гими причинами.
5%

В институте «Казмеханобр» проводились исследования возможности
применения биологического метода для очистки сточных вод обогатительных
фабрик цветной металлургии. Одним из наиболее подходящих видов
очистных сооружений для таких сточных вод должны быть биологические пруды.
Пруды могут вмещать большие объемы сточных вод; их строительство и
эксплуатация обходятся дешевле, чем сооружений для очистки с активным илом.
Кроме того, имея значительные объемы, биопруды обладают большой буфер-
ностыо, и при временных незначительных колебаниях расходов воды и
исходной концентрации загрязнений эффективность очистки не снижается. При
проведении очистки в прудах может быть использовано осуществляемое
микроорганизмами воды и почвы природное самоочищение вод, которое можно
интенсифицировать направленным воздействием на микробиологические
процессы.
В результате исследований, разработаны методы биологической очистки
промышленных сточных вод обогатительных фабрик цветной металлургии от
органических флотореагентов, цианидов и ионов тяжелых цветных металлов.
В настоящее время эти методы приняты к внедрению на предприятиях
цветной металлургии Казахстана. Ниже приводится описание указанных способов
(в п. 6.3.5).
6.3.5. Очистка сточных вод от золотоизвлекательных фабрик
В зависимости от состава руд и формы присутствующего в них золота
переработку золотосодержащего сырья-пульпы осуществляют последующим
технологическим схемам:
• цианирование пульпы с ее последующей фильтрацией или отмывкой
золотосодержащего комплекса противоточной декантацией;
• непосредственная сорбция золота из пульпы ионообменной смолой.
Выделение золота из растворов осуществляют осаждением его с применением
цинка или путем электролиза;
• флотационное обогащение руд с последующим извлечением золота из
концентрата плавкой или цианированием;
• амальгамация руд с получением золота в виде амальгамы;
• гравитационное обогащение руд с последующей переработкой
концентрата плавкой, цианированием или амальгамацией.
Сложные по составу руды перерабатывают по комбинированным схемам,
включающим различные сочетания указанных процессов.
В результате взаимодействия рудных минералов с растворами в процессе
переработки руд и концентратов в жидкую фазу пульпы переходят различные
соли. Кроме того, в ней содержатся вводимые в технологический процесс
реагенты: цианистые соли, флотационные реагенты, цинк и др.
597

Источниками образования сточных вод золотоизвлекательных фабрик
являются:
- хвостовая пульпа цианирования, содержащая твердую и жидкую фазы в
соотношении 1:A,2-3). Жидкая фаза включает в себя цианиды (простые и
комплексные), роданиды, мышьяк и другие вещества;
- обеззолоченный раствор осадительной установки, содержащий те же
компоненты;
- хвостовая пульпа флотации, состоящая из смеси твердой и жидкой фаз в
соотношении 1:B-10), содержащая флотационные реагенты (ксантогенат,
сосновое масло и др.) и катионы цветных металлов;
- сливы сгустителей концентратов и хвостов флотации, содержащие
незначительное количество твердых веществ (обычно менее 0,1 %), катионы
цветных металлов и флотационные реагенты.
Состав производственных стоков зависит от состава исходного сырья,
технологической схемы его переработки и применяемых реагентов. Однако во
всех случаях содержание вредных веществ в стоках золотоизвлекательных
Таблица 6.44
РАСХОДЫ И СОСТАВ СТОЧНЫХ ВОД ЗОЛОТОИЗВЛЕКАТЕЛЬНЫХ ФАБРИК
Показатели
Количество сточных
вод, м3 на 1 т руды
рН
Окисляемость, мгОг/дм3
Концентрация
загрязняющих веществ,
мг/дм3:
сухой остаток общин
хлориды СГ
сульфаты SO4
цианиды CN" общие
роданиды CNS
железо общее Fe
медь Си
свннецРЬ"^
~ 7*
UhhkZii
мышьяк As
сосновое масло
ксантогенаты
жесткость общая, мг-
экв/дм3
Значения показателей загрязненных сточных вод
от процессов
сорбит
1,2-2,5
10-12
9,2
2180
170-550
97-2695
90-570
10-429
0,01-5,2
0,87-49
—
0,9-20
1,5-40
Кет
»
1,79
фильтрации
1,2-3,5
8-11,5
4320
582
100-120
38,7-130
32,5-92,5
13-27
3
1,1-4,1
6,52-52,2
14,4-30
1,5-3,7
Her
»
4,4
обеззолоченный
раствор
фильтрации
0,5-1
10-12
53,3-78,4
1504
—
—
200-264
26,3
6
6
167
100-186
0,1-2,4
Нет
»
—
от
флотации
1,2-3,5
6,8-7,5
—
1789-
2658
—
—
Нет
Нет
0,2-0,4
0,01-0,08
0,5
—
0,05-0,32
6-14,7
18,6-37,1
18,6-37,1
слив
сгустителя
концентрата
0,3-0,5
8
—
1630
—
—
Нет
Нет
J ,8
0-0,1
0,3
0,05-0,07
4,4-6,2
—
,—
общий сток
фабрики
2-5
9,5-11
261-2620
296-2400
192-280
108-151
13-145
60-252
0,1-0,8
0,04-49
0,1-1,5
2-28
0,8-3,1
5-27,4
0,15-2,7
—
598

предприятий во много раз превышает ПДК. Так, концентрация цианидов т
роданидов (в пересчете на ионы CN" и CNS") может достигать 200-500, цинка
100-200, мышьяка 20-40, меди 40-50 мг/дм3. Поэтому, перед сбросом в хвос-
тохраншшще стоки обезвреживают.
Наиболее сложен состав сточных вод фабрик, перерабатывающих руды по
комбинированным схемам, включающим процессы флотации, цианирования
и амальгамации.
В табл. 6.44 приведены данные по расходу и составу сточных вод от
отдельных процессов и общего стока фабрики, работающей по комбинированной
схеме.
При очистке сточных вод золотоизвлекательных фабрик
предусматриваются усреднение состава, обезвреживание токсичных веществ, выделение из
сточных вод твердой фазы и ее складирование, осветление жидкой фазы с
возвращением воды в технологический процесс или сбросом ее в водоем.
Существуют различные методы обезвреживания сточных вод
золотоизвлекательных фабрик.
В комплекс сооружений по очистке сточных вод входят: сборники
(усреднители) производственных стоков; реагентное хозяйство со складами реагентов;
установка для обезвреживания, включающая смесители реагента со сточной
водой и камеру реакции; хвостовое хозяйство, обеспечивающее
гидротранспортирование и складирование хвостов (хвостохранилище), возврат
очищенной воды в производство или сброс в водоем.
Размер частиц твердой фазы хвостовой пульпы 0,5-0,001 мм. Осаждение гру-
бодисперсных частиц эффективно проходит в естественных условиях;
осаждение тонкодисперсных частиц (шламы, тонкие глины) иногда бывает
затруднено, при этом возникает необходимость в применении коагулянтов —
извести, полиакриламида и др.
Методы обезвреживания сточных вод основаны на переводе токсичных
соединений циана в нетоксичные (окисление активным хлором, перекисью
водорода, озоном) и удалении токсичных веществ из реакционной среды.
При использовании для окисления цианидов активного хлора в щелочной
среде (реагенты: жидкий хлор, хлорная известь, гипохлорит кальция или
натрия) процесс протекает в две стадии: вначале образуется хлорциан (C1CN),
который затем в щелочной среде гидролизуется и окисляется избытком
реагента:
CN'-KXT+HjO -> C1CN+20H-; F.11)
2dN+30Cr+20H" -> Ы2+2С02+5СГ+Н20. F.12)
Необходимо поддерживать рН = 10,5*11,5 и иметь избыток реагента
(остаточная концентрация активного хлора 3-5 мг/дм ).
599

Хлор достаточно универсален и очищает сточные воды от большинства
токсичных веществ (кроме ртути и ферроцианидов); степень очистки от мышьяка
не превышает 70-80 %.
Основными недостатками этого метода являются: 1) необходимость
дехлорировать остаточный активный хлор; 2) образование и накопление хлоридов и
сульфатов в оборотной воде.
Теоретический расход активного хлора Ха для обезвреживания сточных вод,
содержащих простые и комплексные растворимые цианиды, составляет:
Ха = 2,13(A + Q + 3,185,
F.13)
где А — концентрация простых цианидов; В — концентрация комплексных
цианидов меди (в пересчете на циан); С—концентрация комплексных
цианидов цинка (в пересчете на циан).
Практически необходим избыток реагента, обусловленный хлороемкостыо
сточной воды и в 1,5-3 раза превышающий теоретически необходимое
количество.
При отсутствии твердых хлоропродуктов для обезвреживания
производственных стоков возможно применение гипохлоритной пульпы (ГХП),
приготовляемой на месте из жидкого хлора и известкового молока.
Аппаратурная схема процесса обезвреживания цианистых стоков с
использованием хлора показана на рис. 6.15.
Жидкий хлор из контейнера /, помещенного на весы 2, поступает в
испаритель 3. Последний представляет собой змеевик, находящийся в емкости, через
которую пропускается горячая вода. Из испарителя перешедший в газообраз-
*^ь-
Известковое
молоко"
Цианистая пульпа
I или раствор
^
Цианистая пульпа
или раствор
Хлор
Хлорная
известь
Известковое
молоко
. u В хвостохранияииде
Рис. 6.15. Аппаратурная схема процесса обезвреживания цианистых стоков с использованием хлора
600

ное состояние хлор поступает в эжектор 4, куда из чана 5 с помощью
центробежного насоса б подается также известковое молоко. В рабочей камере
эжектора происходит смешение известкового молока с газообразным хлором и
образование хлорной извести. Раствор хлорной извести накапливается в
емкости 7, откуда дозаторами 8 подается на обезвреживание.
Обезвреживаемая цианистая пульпа поступает в ящичный смеситель 9 и далее
в цепочку из двух-трех последовательно соединенных чанов 10. Основное
количество хлорной извести подают в смеситель, остальной реагент дозируют
во второй чан из расчета достижения требуемой полноты очистки.
Остаточную концентрацию цианида измеряют с помощью цианомеров П.
К перспективным методам окисления цианидов относится применение
перекиси водорода и озона, которые обладают высокой окислительной
способностью и не загрязняют очищаемую воду продуктами восстановления окис-
литетеля; при этом отсутствует опасность выделения высокотоксичного C1CN.
Очистка воды с применением, Н^ проста и не требует сложной аппаратуры:
OST + 2Н202 -> CNO" + Н20; F.14)
CNO" + 2Нр -> С02 + NH3 + 0Н~. F.15)
Обезвреживание цианидов ведется при рН - 7*8 и температуре 20-30 °С.
Катализаторами процесса служат сульфаты металлов (Са, Mg, Си и др.).
Расход Н202 зависит от концентрации цианидов. Теоретически для
обезвреживания 1 части по массе СКГ необходимо 1,3 части Hj02.
Для полной очистки сточных вод с небольшим содержанием цианидов A0 мг/
дм ) требуется 3-кратный по отношению к цианидам избыток Н202, а при
повышении концентрации цианидов до 700 мг/дм3 необходим 10-кратный ее
избыток. При обработке пульпы этот избыток возрастает в 6-9 раз, так как
реагент дополнительно расходуется на окисление сульфидов и других рупных
минералов. При применении воздушного барботирования увеличивается
эффективность процесса обезвреживания.
Хорошим обезвреживающим реагентом-окислителем является озон,
получаемый действием электрического разряда на газообразный кислород или
воздух. Озонирование сточных вод обеспечивает глубокое окисление простых и
комплексных цианидов, роданидов, ряда органических флотореагентов.
Достоинством озона по сравнению с гипохлоритами является то, что ои не
загрязняет стоки продуктами своего восстановления. В настоящее время
применение озона сдерживается несовершенством конструкций существующих
озонаторов и высоким расходом электроэнергии.
При применении озона токсичные компоненты производственных стоков
вначале, окисляются до CNO", который при избытке 03 превращается в
карбонаты и элементарный азот:
601

CN~+03->CNCr + 02;
F.16)
2CNO~+ ЗО, + 20H" -> 2C032~ + N2 + 302 + K.O. F.17)
Комплексные цианиды окисляются так же, как и простые металлы,
содержащиеся в комплексе, выпадают в осадок в виде основных карбонатов или
гидроокисей. Теоретически для обезвреживания в растворе 1 части по массе CN"
необходимо 1,84 части по массе озона; на практике расход значительно выше
C-4 части по массе). При обезвреживании пульпы расход озона
увеличивается во много раз. Обезвреживание озоном ведут при рН = 10-^12.
Катализаторами процесса служат ионы меди @,2-0,3 мг/дм3), никеля A0-12 мг/дм ) и
других металлов. При их присутствии снижается расход окислителя до 75 %
теоретически необходимого количества.
Преимущества метода озонирования—легкость контроля процесса,
возможность полной его автоматизации, отсутствие необходимости приобретения и
доставки реагентов (что имеет особое значение для отдаленных районов).
Однако процесс энергоемок, а озонаторы сложны в обслуживании. Озон не
обезвреживает мышьяк и гексацианоферраты.
Обезвреживание производственных сточных вод озоном примерно в 2 раза
дороже по сравнению с очисткой их активным хлором.
Возможна также очистка сточных вод выдувкой цианида, основанная на
способности HCN вытесняться из раствора любой кислотой (даже слабой
угольной) и улетучиваться из него при температуре +25,6 СС. Промышленные стоки
подкисляют серной кислотой или сернистым газом до рН = 2,8-3,5;
цианистый водород выдувают воздухом, улавливают раствором щелочи и
возвращают в процесс. Эффективность выдувки достигает 80 % при повышении
температуры до +40 °С. Недостаток метода —необходимость доочистки сточных
вод or роданидов, остатков цианида и других примесей.
При высоком содержании цианистых соединений сточные воды можно
обезвреживать методом анодного окисления, заключающимся в пропускании
постоянного тока через очищаемый раствор. На аноде цианистые соединения
окисляются до цианат-ионов:
СЬГ + 20Н" = CNO" + Н20 + 2е; (б-18)
Cu(CNK2- + 80ИГ = Cu(OHJ + 3CNO" + ЗН.О + 7е; F-19)
CNS- + 10ОН = СМГ + S042" + 5Н20 + 8е. F-20)
Ионы CNOT частично гидрализуются, а частично окисляются на аноде с
образованием углекислоты и азота:
2CNO- + 40H- = 2CO2 + N2 + 2H20 + 6e. F.21)
602

Если в растворе присутствуют ионы СГ, то на аноде выделяется
газообразный хлор. Последний также окисляет цианистые соединения,
интенсифицируя тем самым процесс очистки.
На некоторых зарубежных предприятиях стоки обезвреживают, переводя
цианид в виде синильной кислоты в газовую фазу. Для этого растворы
подкисляют серной кислотой или сернистым газом до рН 2,8-3,5 и продувают через
них воздух. Пары синильной кислоты улавливают, пропуская поток газа через
вертикальные колонны (абсорберы), орошаемые раствором щелочи.
Полученный цианистый раствор возвращают в процесс. Достоинством метода
является регенерация значительной части цианида. К недостаткам его следует
отнести неполноту очистки растворов, обусловленную тем, что при подкислении
не разрушаются роданид—ионы и лишь частично разрушаются комплексные
цианистые анионы тяжелых металлов. Поэтому рассматриваемый метод
требует дополнительной очистки стоков.
Для обезвреживания стоков ЗИФ широкое применение могут найти
ионообменные смолы. Ионообменный способ позволяет не только практически
полностью обезвредить сточные воды, но одновременно извлечь из них цианид и
цветные металлы. Однако в настоящее время этот способ еще довольно
сложен и дорог.
Очистка сточных вод золотоизвлекательных предприятий является
необходимым, но не достаточным условием охраны природных водоемов от
загрязнения. Радикальное решение проблемы заключается в сочетании очистки
стоков с организацией полного водооборота, при котором сточные воды не
сбрасываются в природные водоемы, а возвращаются на предприятие для
повторного использования. Одновременно резко снижается расход свежей воды, так
как в этом случае ее вводят в процесс лишь для выполнения потерь растворов,
обусловленных испарением, фильтрацией через ложе хвостохранилшц, уноса
с хвостами и т.п. Сложность решения проблемы водооборота связана с
накоплением в оборотных растворах примесей (растворимых хлоридов, солей
жесткости и др.), оказывающих сложное и дот конца не изученное влияние на
технологические показатели цианирования. Вместе с тем, опыт ряда ЗИФ,
применяющих водооборот, свидетельствуют о том, что в большинстве
случаев эти трудности преодолимы.
6.3.6. Очистка сточных вод от мышьяка
Качество стоков должно отвечать требованиям санитарных норм, т.е. из них
практически полностью должны быть извлечены вредные примеси.
Номенклатура вредных веществ в сточных водах предприятий цветной металлургии
чрезвычайно разнообразна. Среди высокотоксичных веществ мышьяк счита-
603

ется наиболее опасным; предельно допустимая концентрация его для
водоемов 0,05 мг/дм .
Мышьяк содержащие сточные воды по их составу условно разделяют на три
группы:
• слабоконцентрированные (менее 100 мг/дм As);
• среднеконцентрированные A00-3000 мг/дм3 As);
• высококонцентрированные (более 5000 мг/дм3 As).
Соединения мышьяка присутствуют в сточных водах, образующихся при
переработке медных, медно-цинковых и полиметаллических руд. Основное
количество мышьяка содержится в промывных растворах, получаемых при
очистке отходящих газов перед использованием их для производства серной
кислоты. Промывные воды загрязнены серной кислотой, взвесями,
соединениями мышьяка и не пригодны для технологических целей. В целях
сокращения сброса сточных вод в промывных отделениях используют замкнутую
схему промывки газов с выводом небольшого количества, но более
концентрированной промывочной воды (до 40 г/дм3 t^SO,, и 10 г/дм3 As).
Не меньшую проблему представляют воды из хранилищ хвостов
обогащения. В результате окисления пирита возникает опасность попадания мышьяка
в грунтовые воды.
Известные процессы осаждения мышьяка:
- известью в форме арсената кальция;
- в присутствии ионов трехвалентного железа, меди, цинка, свинца и других
металлов;
- осаждение при высокой температуре и давлении;
- адсорбция гидроксидом железа (III), гидроксидом алюминия, углеродом и др.;
- электролиз;
- восстановление водородом;
-ионный обмен;
- жидкостная экстракция;
- мембранные методы;
- флотация осадка;
-ионная флотация;
- различные пассивные и активные биологические процессы. Выбор
способа очистки раствора от мышьяка зависит от формы его нахождения, состава и
кислотности раствора, требовании, предъявляемых к нему при дальнейшем
использовании, а также от количеств и свойств получаемых осадков.
Обязательным условием при извлечении мышьяка из сточных вод является
получение таких осадков, из которых можно его утилизировать, или растворимость
осадков должна быть минимальной для хранения мышьяка в могильниках.
Выделить мышьяк из концентрированных щелочных растворов (>100 г/дм3
NaOH) можно путем их упаривания или охлаждения до 20-25 "С с кристалли-
604

зацией арсената натрия. После повторного растворения кристаллогидрата и
известковой обработки раствора может быть получен кондиционный арсенат
кальция (до 30 % As).
Методы с использованием сульфата или хлорида железа (Ш) при осаждении
мышьяка наиболее дешевы, достаточно эффективны, поддаются контролю и
управлению. Они в большинстве случаев обеспечивают очистку сточных вод
до санитарных норм и удовлетворительные свойства твердых осадков при
хранении.
Достаточно глубокая очистка кислых растворов от мышьяка достигается при
гидролитическом соосаждении его с трехвалентным железом. Практически
после одно стадийной гидролитической очистки F0-80 °С, рН = 3-8)
получают растворы, содержащие 0,1-5 мг/дм As. При сочетании операций
известкования и осаждения арсената железа и проведении многостадийной очистки в
ряде случаев удается снизить содержание мышьяка в растворе до 0,01-0,03 мг/
дм3. Эффективность осаждения мышьяка выше 99,9 % может быть
достигнута при применении методов соосаждения мышьяка с фосфатами, экстракции,
сорбции и др.
Для очистки больших объемов воды, содержащей значительное количество
мышьяка, практическое значение имеет метод химического осаждения в виде
труднорастворимых соединений, например в форме арсенитов и арсенатов
кальция.
Общепринятым методом очистки в настоящее время является известковый.
Он прост, но имеет существенные недостатки. Во-первых, мышьяк
осаждается неполно и остаточные концентрации его в растворе иногда во много раз
превышают санитарную норму. Во-вторых, при длительном хранении
известковых осадков происходит загрязнение мышьяком природных вод.
Поскольку арсениты металлов имеют большую растворимость, чем
соответствующие арсенаты, мышьяк в пятивалентной форме удаляется полнее, чем
соединения As(lll). Кроме того, к хранению осадков, содержащих только
пятивалентный мышьяк, предъявляются менее жесткие требования, что
удешевляет их захоронение. Поскольку в промышленных стоках предприятий
цветной металлургии мышьяк содержится в основном в форме соединений As(lH),
необходимо перед осаждением проводить окисление ионов As(III) до As(V).
Проводят предварительное окисление ионов As(IIl) до As(V) несколькими
методами,
• окисление кислородом воздуха в присутствии солей железа (степень
окисления 45 %);
• упаривание промывной воды до сиропообразного состояния, растворение
полученного осадка в 45 %-ном растворе едкого натра при нагреве,
фильтрация и окисление мышьяка кислородом воздуха при температуре 80-90 °С в
присутствии сернокислой меди (максимальная степень окисления 80 %);
605

• окисление при обычной температуре бихроматом калия (степень
окисления 94 % при расходе 0,7 т бихромата калия на 1 т мышьяка);
Типичная технологическая схема включает:
- осаждение мышьяка при помощи извести в виде арсенитов кальция
(температура 60-80 °С, продолжительность 1 ч, расход извести пятикратный по
отношению к стехиометрическому) до остаточного содержания мышьяка (Ш)
в растворе 0,1-0,2 г/дм ;
- фильтрование и использование части фильтрата для приготовления раствора
известкового молока;
- доочистку фильтрата путем обработки его маточными растворами,
образующимися в процессе производства ксантогенатов (остаточная концентрация
мышьяка 20-30 мг/дм);
- сушку и прокаливание осадка для получения арсената кальция,
охлаждение и захоронение.
Технический арсенат кальция — основная соль ортомышьяковой кислоты
— представляет собой твердый раствор гидроксида кальция в дигидрате три-
кальций арсената при соотношении CaO:As205 = 3,3-3,9.
Результат исследований по очистке промывного раствора сернокислотного
производства A2,0 г/дм3 As, 28,3 г/дм f^SO^ от мышьяка. При расходе 40 г/
дм3 СаО рН раствора повышали до 7,4, а концентрации As и сульфат-иона в
фильтрате снижались соответственно до 32 и 1,27 г/дм3. С увеличением расхо-
Т а б л и ц в 6.45
СОДЕРЖАНИЕ МЫШЬЯКА В РАСТВОРАХ ТРЕХСТАДИЙНОЙ ОБРАБОТКИ, мг/дм3
(исходный раствор 6,315 г/дм3 As, время агитации 3 ч)
Рпгхол
извести, кг/м1
100
75
50
30
20
I сталия
конечное
2,7
4,3
1Д
5,1
1,8
1,2
1,7
6,2
4,5
8,7
22,7
32,0
42,0
200
185
150
П стадия
начальное
185
4,5
1,2
5Д
1,8
4,1
1,2
6,2
1,7
8,7
22,7
32,0
2,7
42
200
150
конечное
2,3
0,4
0,2
0,4
0,3
0,35
0,27
0,5
0,2
0,3
1,55
2,6
0,1
2,5
3,0
2,75
Ш стадия 1
начальное
0,4
0,5
0,2
0,5
0,3
0,35
0,27
0,4
0,2
0,3
1,55
0,1
0,2
2,6
2,5
3,0
коиечнее
0,05
0,023
0,035
0,04
0,03
0,035
0,04
0,06
0,05
0,01
0,15
0,01
0,03
0,15
0,25
0,3 .
606

да СаО до 100 г/дм концентрацию мышьяка в фильтрате уменьшали до 2-
10мг/дм3.
Более глубокая очистка может быть достигнута при реализации
многоступенчатой противоточной обработки. Трехстадийная очистка (табл. 6.45 позволила
снизить содержание мышьякаврастворах до 0,01-0,03 мг/дм3 (при расходе 100 г/
дм , СаО). С повышением температуры частицы осадка укрупняются, что
благоприятно сказывается на последующей фильтрации. При известковой обработке
концентрация мышьяка снижается в 10 раз в том случае., если она в исходном
растворе не превышает 10 мг/дм . Для достижения ПДК достаточно одной ста-
дни, если в исходном растворе содержится не более 0,5 мг/дм As.
Несмотря на многостадийность, предложенный способ обладает
некоторыми преимуществами, так как совмещение процессов приготовления
известкового молока с третьей стадией очистки значительно упрощает технологию.
Недостатком этого способа является высокая рН очищенного раствора,
однако часто предприятия наряду с мышьяковистыми стоками имеют и кислые,
которыми и следует нейтрализовать известковые воды.
На способности арсената кальция к образованию аномальных смешанных
кристаллов или внутренне-адсорбционных систем с карбонатом кальция
основан способ очистки сточных вод от мышьяка, разработанный в институте
«ЦНИИолово» (В. А. Седова, Б. И. Коган, Н. Н. Вишнякова). Осаждение
мышьяка по этому способу можно проводить как в одну, так и в две стадии.
При одноступенчатой очистке сточную воду обрабатывают 5-10 %-ным
известковым молоком до рН > 8 и дают отстояться в течение 15-30 мин. Затем,
не отделяя осадка, при интенсивном перемешивании добавляют или только 5-
10 %-ный раствор кальцинированной соды (при наличии в воде достаточного
количества ионов кальция), или последовательно 10-20 %-ный раствор
хлористого кальция и 5-10 %-ный раствор соды. При этом в воде постоянно
должен присутствовать избыток ионов кальция, необходимый для полноты
выделения мышьяка из раствора. При двухступенчатой очистке сточную воду
обрабатывают известковым молоком до рН > 8; в верхний слив сгустителя при
интенсивном перемешивании добавляют раствор кальцинированной соды или
последовательно растворы хлористого кальция и соды. Образующиеся осадки
отделяют отстаиванием. При наличии в стоках соединений мышьяка (III)
исходный раствор обрабатывают окислителем.
При обработке сбросных растворов известью щелочность увеличивается с
33 до 190-200 мг-экв/дм3. Основное количество СаО расходуется на
взаимодействие с NaHC03; концентрация образующейся щелочи, мышьяка и фтора
зависят от исходного содержания соды в растворе (рис. 6.16).
При подкислении раствора до рН 5-6 резко уменьшается концентрация
фтора и мышьяка (рис. 6.17).
607

„rW
Рис, 6.16. Влияние содержания соды в исходном растворе на остаточные концентрации фтора G) и
мышьяка B) при известковании. Расход извести 15 г/дм3, исходное содержание 13,7 мг/дм' As
рН„„
Рис. 6.17. Зависимость остаточной концентрации мышьяка (/) и величины рН раствора после
известкования B) от величины рН обрабатываемого раствора. Исходное содержание мышьяка 17 мг/дм ;
соды 15 г/ям3; расход извести 20 г/дм1
Образование щелочи в значительных количествах может быть устранено
применением хлорида или сульфата кальция A,5-кратный избыток к
расчетному расходу на связывание карбонат-, арсенит- (арсенат-) и фторид-ионов.
В промышленных условиях на Новосибирском оловянном комбинате при
обработке стоков A40-385 мг/дм3 Са, 60-105 мг/дм3 As, расход хлористого
кальция 1,1 и соды 1,06 г/дм3) остаточная концентрация мышьяка не
превышала 0,05 мг/дм3. При исходном содержании ионов кальция 6-16,5 г/дм
хлористый кальций не добавляли, а расход соды составил 2,12 г/дм3. Остаточная
концентрация мышьяка в фильтрате после двухступенчатой обработки не
превышала 0,04-0,1 мг/дм .
При использовании в качестве реагента хлористого кальция повышаются
общая минерализация и содержание хлор-иона в воде. Поэтому способ со-
осаждения мышьяка с карбонатом кальция наиболее пригоден для очистки
608

жестких вод, содержащих достаточно большие количества ионов кальция.
Умягченная вода направляется в оборот. Объем осадка в зависимости от
расхода реагентов составляет десятые и даже сотые доли процента от объема
сточной воды, а влажность его около 50 %.
Мышьяк удаляют из шахтных вод чаще всего в форме арсената железа
FeAsO4«Fe@HK. Окисление таких сульфидов, как пирит (FeS2) и пирротин
(Fe,sS), сопровождается повышением кислотности, что способствует
окислению других сульфидных минералов и предполагает использование
нейтрализатора ■— чаще всего извести.
Процесс глубокого осаждения мышьяка в пульпах высокой плотности
интересен для низкоконцентрированных стоков и шахтных вод (рис. 6.18). При
высоких концентрациях мышьяка (>50 мг/дм3) и других металлов используют
два последовательно работающих реактора.
В первый подают загрязненные стоки и проводят частичную
нейтрализацию известью с формированием арсената железа. Для окисления железа и
мышьяка обеспечивают непрерывный барботаж пульпы воздухом. Величину
рН в первом реакторе поддерживают в пределах 4,5-6,5 в зависимости от
состава исходного раствора. При недостатке железа в первый реактор
подгружают РеСБОД. Избыток Fe(III) подают также в сливной желоб первого реактора.
Пульпу во втором реакторе нейтрализуют известью до рН = 7-8, чтобы
закончить соосаждение арсената и гидроксида железа. Выбор конечного
значения рН зависит также от требований по очистке стоков от других ионов.
Добавка флокулянта в слив второго реактора способствует лучшему
отстаиванию осадков в сгустителе.
Концентрация мышьяка в очищенных стоках составляет не более 0,05 мг/
дм. Для высококонцентрированных по мышьяку стоков из-за увеличения плот-
Изоссть
Сульфат железа
АМутномер
I Оборот пульпы Г" т
41 О*-^ Очищенные стоки
Осадок в переработку
Рис. 6.18, Схема двухстадийной очистки стоков: / — реактор первой нейтрализации и окисления;
-2 реактор второй нейтрализации; 3 — сгуститель; 4—компрессор; 5 — фильтр
609

ности отстаиваемых пульп может потребоваться контрольная фильтрация
очищенных вод или применение более эффективных флокулянтов.
Нижний слив сгустителя возвращают в первый реактор, что обеспечивает
высокое соотношение Т:Ж в цикле и развитую площадь поверхности для
усваивания соединений мышьяка. Часть осадка (влажность 50-80 %) выводят
для складирования. Стабильность мышьяк содержащих осадков зависит от
глубины окисления железа и мышьяка в реакторах, отношения Fe/As, рН, типа
применяемых флокулянтов, условий хранения.
На заводе «Рязцветмет» разработана и внедрена очистка сточных вод от
мышьяка отвальными шлаками. Шлаки, содержащие до 40 % оксидов железа,
предварительно обрабатываются серной кислотой, а полученная однородная
масса используется для очистки. Степень очистки от мышьяка составляет 99,0-
99,5 %.
Используемый окислитель должен быть доступным, дешевым и не создавать
угрозу дополнительного загрязнения стоков. В качестве окислителя мышьяка
предпринимались попытки использовать хлорную известь, хлор, хлорную воду,
гипохлоритную пульпу, пероксид водорода, азотную кислоту, озон и др.
Максимальное извлечение As(III) достигается при рН - 8, a As (V) - при
рН = 3-6. Эффективность применяемых окислителей повышается в ряду
02 < Н202 < 03. Окисление As (III) до As (V) при применении 03 наблюдается
только при рН > 11 в присутствии ионов Си2+ в качестве катализатора. Н202
окисляет As (III) при рН > 9; для протекания процесса при рН = 3 требуется
применение буферных реагентов (H2C4H406, (NH4JC4H406, CHjCOOH и др.)
или повышенной температуры (до 80 °С). Максимальная степень конверсии
As(HI) до As(V) (более 90 %) достигается при использовании 100 %-ного
избытка Нд02 и рН = 11 при температуре 25 °С.
При рН > 2 соосаждение As(V) происходит непосредственно при
формировании осадка Fe(OHK и на поверхности сформировавшейся фазы гидроксида
железа (Ш). Высокая полнота соосаждения при рН - 4-5 обусловлена
адсорбцией As(V) на частицах гидроксида железа, размер которых составляет 2-3 нм,
без образования основных арсенатов железа типа FeAsO4-JcFe@HK.
Сопоставление изотерм соосаждения и распределения As(V) по химическим
соединениям позволяет предположить, что соосаждение обусловлено сорбцией FeAs04.
Образующиеся мышьяк содержащие феррогидраты термодинамически
неустойчивы и при взаимодействии с водой происходит десорбция мышьяка в
жидкую фазу. В растворах с концентрацией As(V) и Fe(III) более 10-2 моль/
дм3 и рН < 2 возможно образование арсенатов FeAsO^F^O, которые при рН =
= 2-8 инконгруэнтно растворяются с переходом в раствор ионов As(V) и
образованием осадка Fe(OHK.
Рудничные и сточные воды при переработке золотосодержащих руд
методом флотации с последующим цианированием содержат соответственно, мг/
610

дм3:0,75 и 0,84 общего мышьяка, 0,69 и 0,32 растворимого мышьяка; значения
рН = 8,3 и 6,9. Для обеспечения санитарных норм использовали коагулянты:
хлоросульфат железа, сульфат алюминия и гтолихлоросульфат алюминия и их
смеси в количестве 50-60 г/м3. Общее содержание мышьяка снижали до
0,001 мг/дм , содержание твердого — до 5 мг/дм3, рН очищенной воды 7,5.
Для удаления мышьяка из растворов купоросного производства эффективна
автоклавная окислительная нейтрализация в присутствии ионов Fe (II).
Способ основан на окислении ионов Fe (II) и As (Щ), их последующем гидролизе
при определенной кислотности, завершающемся образованием осадка арсе-
ната железа,
В автоклав закачивали отработанный электролит из цеха электролиза, г/дм3:
36-39 Си; 23-27 Ni; 0,95-1,26 Fe; 2,346 As; 141-154 H^SO^ В качестве
нейтрализатора применяли отходы цеха порошков (высевка, брак) или порошок,
полученный распылением расплава меди. Окислителем служил
компрессорный воздух (до 0,6 МПа). Коэффициент заполнения автоклава 0,7; отношение
Ci]/H2S04 = 1:1. Расход воздуха B30 м /ч) обеспечивал оптимальную степень
использования кислорода D5-50 %).
Для количественного протекания реакции
2HAs03 + FeS04 + 02 + 51^0 = 2FeAs04 + 21^0, F.22)
необходимы достаточное количество Fe(ll), окислительные условия,
нейтрализатор, обеспечивающий поддержание рН = 2,5-3,0. Оптимальными
условиями являются: температура 363-383 К, давление воздуха 0,5 МПа, рН = 2,5-
3,0 и продолжительность не более 1,5 ч.
Основная часть железа (~90 %) и мышьяка (-75 %) осаждалась в первые 20-
30 мин; за последующие 30-60 мин остаточное содержание в растворе железа
снижалось до 0,05-0,02 и мышьяка до 0,2-0,4 г/дм3, что соответствовало
осаждению этих примесей на 90-92 %. В кеке содержал ось не более 38-45 % Си и
1,0-1,5 % As, или не более 4-5 % от их содержания в растворе. Дозировка в
раствор технического сульфата железа позволила снизить переход этих
металлов в кек. Например, при содержании в исходном растворе 0,5; 1,2; 2,3 г/дм3 Fe
(П) количество меди в кеке составило соответственно 34,4; 24,9 и 11,8 %; при
этом выход кека снизился с 24,4 до 19,4 %, а в итоге потери меди и никеля
уменьшились на 60-70 %. Типичный состав кека, %'. 10-15 Си; 0,2-0,5 %; 2,0-
5,0 Fe; 10-15 As; влажность 48-58 %. Фильтрат направляли на выпарку и
последующую кристаллизацию. Состав кристаллов соответствовал требованиям
стандарта на медный купорос I сорта.
В биохимическом варианте очистки стоков от мышьяка используют
металлическое железо, культуры бактерий Deptothrix Ocrocea, Deptothrix Crassa,
Jallionella Ferruginea и органические вещества (опилки или растительные ос-
611

Таблица 6.46
ВЛИЯНИЕ МОЛЯРНОГО ОТНОШЕНИЯ Fe/As
НА АДСОРБЦИЮ МЫШЬЯКА ИЗ РАСТВОРА
Время, ч
0
0,5
1,0
Концентрация As, мкг/дм3
Fe/As =10
1000
411,7
344,8
Fe/As- 14
III
Время, ч
4
12
Концентрации As, мг/дм3
Fe/As-10
233,3
94,1
Fe/As =14
<0,02
<0,02
татки). Мышьяк осаждается в форме арсената железа (III). Сточные воды для
очистки от мышьяка в отдельных случаях обрабатывают металлическим
железом с добавкой в раствор аммиака в количестве 10-12,5 мл/дм стоков.
При осаждении меди цементацией на железе соосаждается более 90 %
мышьяка и при рН = 7 остаточная концентрация мышьяка не превышает 0,02 мг/
дм3. Для эффективного извлечения мышьяка требуются высокие молярные
отношения железо/мышьяк (табл. 6.46)
Пятивалентный мышьяк образует малорастворимое соединение с кальцием
Ca3(As04J, растворимость которого уменьшается в присутствии фосфат-ионов.
Степень осаждения мышьяка совместно с фосфором определяется
соотношением кальция и фосфора в растворе. При недостатке кальция мышьяк не
осаждается даже при избыточном количестве фосфат-ионов. При
соотношении кальция и фосфора около 1,7 практически весь мышьяк переходит в
осадок. В отсутствие фосфат-ионов полного осаждения мышьяка не наблюдается
даже при большом избытке кальция.
При соотношении кальция и фосфора менее 1,7 осадок не содержит арсенат-
ионы, а в маточном растворе присутствуют фосфат- и арсенат-ионы. При бо-
Таблица 6.47
ПОГЛОЩЕНИЕ МЫШЬЯКА ОСАДКОМ ГИДРОКСИЛАПАТИТА
Исходная
концентрация
мышьяка (V),
мг/дм3
0
250
300
400
500
600
700
800
1000
Примечал*
Равновесная концентрация компонента, мг/дм3
мышьяк
0
107,5
150
250
340,25
430
520,5
620,7
821
кальций
1
Не обн.
— »-
-»~
-»-
— »-
— »-
— »-
-»-
фосфат-ион
0,5
0,1
0,2
0.15
0,1
Не обн.
-»-
-»-
-»~
с. pHi,c» = 12,0, концентрация кальция в осадке 0,26 г/г.
рн
11,85
12,1
12,0
12,2
12,0
12,05
12,07
12,08
12,1
Среднее
м3,Са/Р=1,8,:
ОН (моль)
As (моль)
—
2,72
2,81
2,7
2,51
2,63
2,68
2,75
2,85
2,7
.5°С.
61Z

лее высоком соотношении осадок содержит мышьяк, а в маточном растворе
отсутствуют фосфат и (в оптимальных условиях) арсенат-ионы.
Свежеосажденный осадок аморфный и имеет растворимость, несколько выше
ПДК, за исключением пульп, содержащих в избытке оксид кальция. Осадок
при старении в маточном растворе кристаллизуется и приобретает структуру
гидроксилапатита.
При сорбции мышьяка не происходит вытеснение в раствор фосфат-ионов,
наблюдается увеличение рН среды, связанное с переходом в раствор гидро-
ксил-ионов B,7 моль/моль сорбированного мышьяка) (табл. 6.47).
Данным методом можно очищать сточные воды до санитарных норм и полз'-
чать труднорастворимые осадки при общем солесодержании сточных вод до
5 г/дм . Такие осадки можно хранить длительное время в простейших
могильниках с глиняной изоляцией.
Значительный интерес представляют безреагентные методы, например
электрохимическое окисление мышьяка. Но внедрение этого метода сдерживают
опасность выделения арсина в ходе обработки сточных вод и большие
расходы электроэнергии.
Известны предложения использовать для глубокой очистки сточных и
природных вод от мышьяка соли (гидроксиды) железа, алюминия, титана и
других элементов. Однако при осаждении мышьяка за счет адсорбции
высокоразвитыми поверхностями гидроксидов металлов мышьяк при длительном
хранении осадков постепенно вымывается природными ведами и загрязняет их,
требуя большой расход осадителя.
Для растворов с содержанием мышьяка более 100 мг/дм3 пригодны способы
осаждения в виде труднорастворимьгх соединений (арсенатов металлов,
сульфидов и др.), сорбция, электролиз (в том числе электрокоагуляция),
экстракция. При небольших количествах мышьяка в растворах используют соосажде-
ние с оксигидратными и кристаллическими осадками в момент их
образования (объемная коагуляция), сорбцию природными и синтетическими
сорбентами.
На заводе «Kencecott» (штат Юти, США) реализован двухступенчатый
процесс осаждения меди и мышьяка из кислых стоков в форме сульфидов,
позволяющий сконцентрировать мышьяк в виде малоопасного твердого
соединения и вернуть основное количество меди из пылей в медеплавильное
производство. Процесс протекаете непрерывном режиме при обычной температуре
и давлении и полностью решает проблему стабилизации мышьяка,
поступившего на предприятие с сырьем. Схема раздельного выделения меди и
мышьяка показана на рис. 6.19. На каждой стадии установлено но два реактора
нейтрализации, сгуститель и несколько фильтров. Реакторы оборудованы система
ми «Tetra Technologies» для работы с пульпами высокой плотности. На стадии
осаждения меди установлены вакуумные ленточные фильтры EIMCO. Содер-
613

Исходный раствор
Рис 6.19. Схема процесса очистки стоков с раздельным осаждением меди и мышьяка
жание влаги в кеке относительно высоко E0-60 %), что не позволяет сразу
направлять его в металлургические arpei-аты.
На стадии очистки от мышьяка используют фильтры-прессы, которые
обеспечивают высокую производительность и низкую влажность получаемых
осадков.
Медь осаждают при взаимодействии с сулъфидсодержащим реагентом (NaHS
или H2S):
CuS04+ ^ = 018 + ^50,,; F.23)
2CuS04 + 2NaHS = 2CuS + H2S04 + Na2S04. F.24)
Одновременно получают развитие реакции
2HAs02 + 3H2S = As2S3 + 4R,0; F.25)
4HAs02 + 6NaHS + 3H2SO, = 2As2S3 + 3Na2SO„ + 8K.0. F.26)
614

что приводит к загрязнению осадка мышьяком.
При достаточно полном окислении железо осаждается в медный кек;
кадмий преимущественно концентрируется в мышьяковых осадках. Температура
в пределах 40-60 °С не оказывает существенного влияния на скорость и
полноту протекания процессов. Исходная кислотность растворов также не
является определяющей, поскольку при осаждении сульфидов выделяется
кислота. Поэтому использование NaHS предпочтительнее, чем H2S из-за меньшей
степени изменения рН раствора.
Двухступенчатая обработка стоков обеспечивает селективное отделение меди
от мышьяка и кадмия. Отношение Cu/As в кеке первой стадии определяется
желаемой степенью извлечения меди и исключением накопления мышьяка в
пирометаллургическом цикле предприятия. Минимальная концентрация
мышьяка в черновой меди для наиболее полного вывода сурьмы и висмута в
ишаки достигается на переделе огневого рафинирования.
Если исходные концентраты содержат мало мышьяка, то окислительный
потенциал на первой стадии осаждения поддерживают на уровне 40 мВ, что
позволяет количественно осадить всю медь и значительную часть мышьяка и
направить их наплавку. Мышьяк выводится в этом случае почти полностью с
отвальными шлаками в нерастворимой экологически безопасной форме.
Остаток мышьяка осаждают на второй стадии, получая богатый по кадмию кек.
Если медные концентраты богаты мышьяком, то осаждение медного кека
ведут при ОВП около 200 мВ, что гарантирует достаточно селективное
осаждение меди, но с более низким извлечением; в оборотный медный кек переходит
не более 30 % мышьяка. На некоторых медеплавильных комбинатах мышьяк
содержащие сточные воды сбрасывают в хвостохранилище обогатительных
фабрик. При этом мышьяк поглощается твердой фазой, чем достигается
определенная очистка объединенных сточных вод.
Все сульфидные минералы сорбируют мышьяк наиболее эффективно в
интервале рН = 6,5-7,0. По отношению к пятивалентному мышьяку сульфиды
наиболее сорбционно активны. В щелочной среде разница в сорбции трех- и
пятивалентного мышьяка не столь значительна. При рН = 12 сорбция
мышьяка на сфалерите и галените полностью прекращается, а на пирротине
сорбируется около 15 % мышьяка.
При окислении поверхности пирротин приобретает свойства сорбента
анионного типа, при этом активным радикалом является поверхностный
комплекс (Me2S2032+), а обменными группами-гидроксильные ионы:
2MeS + 202 + H2O = Me2S2O3(OHJ. F.27)
Процесс сорбции трехвалентного мышьяка пирротином описывается
реакцией
615

Fe2S203(OHJ + 2HAs02 = Fe2S203(AS02), + 2H,0. F.28)
Сорбционная емкость сульфидов уменьшается в ряду
FeS>PbS>ZnS>CdS.
Предельная емкость пирротина по мышьяку составляет 74 мг/г.
Фильтрационная пульпа и стоки обычно содержат значительное количество
сульфатов, хлоридов, фосфатов, карбонатов; негативное влияние анионов на
величину сорбции мышьяка уменьшается в ряду
HS~ > P043" > НСО/- > S042_ > СГ > N03.
Например, фосфат-ионы активно взаимодействуют с поверхностью
сульфида, и при их концентрации 1,0-2,0 мг/г практически полностью подавляется
сорбция мышьяка.
Даже незначительные количества сульфида A5-30 мг на 1 мг мышьяка)
позволяю! снизить концентрацию мышьяка с 50-60 до 1,2 мг/дм3. а при
соотношении FeS/As =170 достигается ПДК. Содержание в хвостах обогатительных
фабрик сульфидных минералов обеспечивает соотношение «твердая фаза:мы-
шьяк» равное 1000 и более.
Растворимость трисульфида мышьяка, выделенного из промывных
растворов сернокислотного производства, 500-600 мг/дм3 As при выдержке 400 сут в
дистиллированной воде. Это обусловлено присутствием сульфидов тяжелых
цветных металлов, которые при наличии кислорода (из воздуха и воды)
разлагают As2S3 по схеме:
CuS + 202 = CuS04; F.29)
3CuS04 + As2S3 + 4Н20 = 2HAs02 + 3CuS + 3H2S04. F.30)
Для выделения мышьяка из промывной кислоты цинкового завода E0-600 мг/
дм3 As, 2 г/дм3 S02) использовали сульфид натрия. Лучшие результаты A-10
мг/дм As) получены при 70 красном избытке сернистого натрия по
отношению к содержанию мышьяка, при этом обнаружено минимальное появление
сероводорода только в месте ввода сульфида натрия в раствор. Остаточное
содержание диоксида серы в кислоте после очистки составило около 0,5 г/дм .
При использовании гидросульфида натрия мышьяк осаждается за 15-30 мин
до ПДК без выделения сероводорода. Расход сульфидной серы составляет 0,9-
1,0 кг/кг мышьяка. Получаемые мышьяковые кеки содержат около 40 %
мышьяка.
Позднее был предложен сульфидно-купоросный метод, основанный на
химическом осаждении мышьяка сульфидом железа. Было проверено несколько
способов получения FeS, но приемлемым для технологических целей оказал-
616

ся «синтетический» сульфид железа, который образуется по реакции между
FeSO, и Na2S.
Разработана замкнутая схема вывода мышьяка при мокрой очистке газов
обжиговых и плавильных цехов в виде As2S3, основанная на его двухстадий-
ном осаждении из кислых стоков сероводородом. Установка представляет
собой два последовательно соединенных скруббера, работающих непрерывно с
промежуточным сгущением и фильтрацией. В первом осаждают 90-95 % As с
образованием грубодисперсного шлама, направляемого на гидротермическое
гранулирование и захоронение. Во втором проводят глубокую очистку
растворов (<10 мг/дм3 As) для возращения их в голову процесса.
Институтом металлургии и обогащения Казахстана предложены несколько
способов осаждения мышьяка из растворов от выщелачивания расплава,
получаемого при плавке кеков с сульфатом натрия, а также из промстоков
свинцового производства.
Исходный раствор содержал, г/дм3:1,2 As, 58,2 Na2S, 49,1 NafiOy 38 NaOH,
3,9 NajSO^ 10,9 остальных солей.
Выделение мышьяка из этого раствора по первому способу достигали за счет
изоморфного соосаждения арсената и фосфата натрия. Ортофосфорную
кислоту (четырехкратный избыток по отношению к мышьяку) вводили при
температуре не выше 25 °С; после пневмоагитации в течение 1,5-2 ч отделяли
мышьяк содержащий осадок; в него извлекали 88-90 % As. Осадок
растворяли и из раствора осаждали сульфидный кек с содержанием мышьяка 41 %.
Второй способ предназначен для глубокой очистки сульфидно-щелочных
растворов от примесей. Исходный раствор вначале частично нейтрализуют
подкисленным раствором сульфата цинка. В образующийся цинковый кек
переходит, %: 83 Se, 89 Те и 86 In. Затем частично нейтрализованный раствор
обрабатывают сульфатом железа (III) и серной кислотой прн рН = 6. В осадок
переходит весь мышьяк, выход осадка составляет 2,7 % от массы
перерабатываемого штейно-шлакового расплава.
Промышленные сточные воды многих производств представляют собой
сложные много компонентные системы, поэтому, например, аммиачные сточные
воды, содержащие 3-5 г/дм3 As, очищаются постадийно: грубую очистку
проводят осадительным методом, затем осуществляют декатионирование на КУ-
2, после чего — сорбцию мышьяка на анионитах в гидроксилыюЙ форме (на
смоле ЭДЭ-10П при рН = 2 достигнута ПДК
по мышьяку). Очистка от мышьяка с помощью серийно выпускаемых
ионообменных смол целесообразна только для вод с низким солевым фоном и
несложным набором компонентов. Для глубокой очистки промстоков
необходимо использовать селективные по мышьяку иоииты.
Работы по синтезу и применению селективных смол проводились в НИИПМ,
КНИИХП и УПУ-УПИ.
617

Для сильнокислых хлоридно-сульфатных сточных вод шламового цеха ме-
деэлектролитного завода состава, мг/дм3: 124-126 г/дм3 СГ; 77-99 г/дм3 S042",
3,42-3,69 г-экв. Н+; 51,5-60,0 Fe3+; 34,5 Ag+; 14-26 (Se + Те); 915-2200 As5+;
543-1610 As3+; 1740-3810 Aso6 после нейтрализации до рН = 3-7 аниониты
АН-261, АН-2х9п и АН-31 показали сорбируемость, соответственно равную
63,0; 44,0 и 42,5 мг As(V) на 1 г смолы; As(III) практически не сорбировался.
В институте «Казмеханобр» синтезирован комплексообразующий ионитПК-
М, избирательно поглощающий мышьяк из сернокислых растворов. Это
трехмерный полимер макропористой структуры, содержащий в качестве активных
групп полифенольные радикалы.,
Ионит ПК-М испытан для очистки от мышьяка промывной серной кислоты
состава, г/дм3: 105 йуЗО,,, 4,5 As, 2,2 Zn, 0,2 Си, 0,6 Fe, 2,5 F, 0,9 хлоридов.
Достигнута полная^обменная емкость по мышьяку 200 мг/г, извлечение 95 %,
содержание мышьяка в элюате 1,5 г/дм3. При обработке элюата известью и
перемешивании в течение 50 мин содержание мышьяка в растворе снизилось
до 20 мг/дм . Мышьяк осаждали в виде арсената кальция.
Повышение концентрации мышьяка в растворе с 1 до 20 г/дм3 приводит к
резкому возрастанию его сорбируемости — с 50 до 500 мг/г. При постоянной
концентрации мышьяка в растворе A г/дм3) емкость сорбента возрастает с
повышением кислотности раствора. Максимальное количество мышьяка,
сорбированное на ионите из нейтрального раствора, составило 50 мг/г при
максимальной концентрации серной кислоты 500 г/дм3 — 240 мг/г.
Десорбцию мышьяка с ионита осуществляют водой. Поскольку сорбент не
поглощает серную кислоту, то получаемые элюаты практически нейтральны.
На СУМЗе испытан метод очистки сточных вод от мышьяка, предложенный
УГТУ-УПИ, который включает следующие операции: окисление
трехвалентного мышьяка до пятивалентного; нейтрализация стоков и осаждение
основного количества мышьяка; сорбция оставшегося мышьяка на ионитах;
регенерация ионитов раствором щелочи.
Для сорбшюнной очистки от мышьяка используют макропористые иониты,
способные образовать внутрикомплексные соединения с ионами As(III) и
имеющие емкость до 170-279 мг As/r. Для десорбции используют горячую (~80 °С)
воду, получая элюаты, содержащие 2-3 г/дм3 As.
Ионно-хроматографический метод использовали для извлечения цветных
металлов и отделения мышьяка из растворов, содержащих, моль/дм3: 0,86 Си,
0,53 М, 1,1 H2S04, 0,3 H3As04, пропуская их через каскад колонн,
заполненных сорбентом КУ-2х8; мышьяк из раствора осаждали в форме арсенатов
железа или кальция.
Несмотря на низкую избирательность поглощения мышьяка из
сернокислых растворов известными ионообменными смолами, проблема очистки
медного электролита может быть решена при использовании непрерывного шлей-
618

^| Чпрктрппич |
Обескислоченный
раствор
| Отстаивание
Раствор Кек
U \
На захоронение
|
Отработанный
электролит
Сорбция кислоты
авиоиитом АВ-17-8
Вода
^]
Элюат
1
На очистку
от мышьяка
Насыщенный
анионит
1
Регенерация
анионита
1
Анионит
|
Рис. 6.20. Технологическая схема вывела мышьяка из отработанного электролита
фово-хроматографического метода, основанного на применении вертикальной
вращающейся колонны с кольцевым слоем сорбента. Более перспективны вЫ'
сокомолекулярные сорбенты, содержащие группировки, которые с ионаМ^
As(III) и Sb(III) образуют комплексные соединения. Так, сорбенты на основ
пирокатехин-формальдегидных полимеров с макропористой структурой я№"
ют емкость по ионам As(III) и Sb(III) 170-270 и 280-310 мг/г соответственно-
На одном из отечественных предприятий использованы сорбенты, поглоШ8'
ющие до 96-98 % Sb и 94-96 % As в сильнокислых средах (до 65-70 % E.SCV
и обеспечивающие емкости 200-500 мг/r. Для десорбции мышьяка сорбе^
промывают водой при 77-87 СС; в элюатах содержалось 2-3 г/дм3 As. До 60 9»
As поглощается в процессе сорбционного обескисдочивания растворов с *!С'
пользованием анионита АВ 17-8.
Одним из наиболее эффективных методов, пригодным для обескислочйР9'
ния высококонцентрированных сернокислотных растворов, является избирг
тельная сорбция кислоты в процессе сульфат-бисуяьфатного обмена на анЧ0'
нообменных смолах. При обработке отработанных электролитов, раствор0"
купоросных производств, промывных кислот можно осуществить достаточ**0
глубокое разделение серной кислоты и солей металлов, в том числе мышья*0'
Процесс сорбционного обескисдочивания отработанного медного электр0'
лита (рис. 6.20) сопровождается очисткой их от мышьяка, который концеН*'
рируется в элюатах и осадке. Для мышьяка в осадке возрастает по мере уве#г
чения степени нейтрализации и снижения концентрации кислоты в исхояН^'
растворе.

Фирма «Asarco» (США) в 1932 г. предложила использовать адсорбент на
основе сульфата титана, а в 70-е годы прошлого века эти принципы
использованы для очистки растворов купоросного производства от мышьяка. Технология
включает операции приготовления (регенерацию) титансодержащего
сорбента, извлечение мышьяка, его десорбцию и перевод в продукт, пригодный для
захоронения.
Для приготовления титан содержащего сорбента используют титановый шлак
(80 % Ti02 или 48 % ТТ), двойной сульфат аммония и титанила B5 % Ti02,
15 % Ti), основной сульфат титана продукт сульфатизации лопаритовых
концентратов, гидроксидтитана — продукт щелочной регенерации мышьяк
содержащего кека.
При гидролизе двойной соли образуется гидроксид титана
TiO(NH4JS04-H20 + Нр = Ti(OHJ + (NH4JSO„ + H2SO„. F.31)
Пульпу, содержащую 15-17 % двойной соли, обрабатывают паром при
90±5 °С в течение 3 ч, затем отстаивают 6-8 ч; нижний слив фильтруют, а
осадок направляют на спекание. Другие разновидности титан содержащего
сырья обрабатывают 2,5-5,0 ч серной кислотой при 900±5 °С в муфельной
шнековой электропечи, при этом протекают следующие реакции:
Ti02 + H2S04 = TiOS04 + H20; F.32)
Ti@HJ+H2SO4 = TiS04 + 2H2O. F.24)
Если используют титановый шлак, то его дробят, измельчают, обрабатывают
серной кислотой в массовом соотношении 1:1. При использовании гидроксид-
ных форм титана расход кислоты почти в 2 раза меньше.
Приготовленный в соотношении 1:10 сорбент распульповывают
отработанным электролитом или мышьяк содержащими стоками, при этом протекает
реакция
3TiOS04 + up + 2АЮ43" = (TiOK(As04J-H20 + 3S042' + 2H20. F.34)
Показатели сорбции мышьяка и сурьмы улучшаются с повышением
температуры и ростом концентрации серной кислоты; емкость сорбента — 15 мг-
экв. на 1 г титана. Растворимость арсената титана 0,01 мг/дм3 связана с его
гидролизом:
(TiOK(As04J + бнр = 2H^Q4 + 3TiO(OHJ. F.35)
Использование неорганических сорбентов (на основе гидратированных
оксидов олова, марганца) ограничивается их невысокой емкостью по мышьяку и
громоздкой схемой регенерации.
620

Удовлетворительные результаты по очистке медного электролита от
мышьяка и сурьмы получены при использовании неорганических сорбентов на
основе гидратированных диоксидов олова, марганца, а также оловянной и мета-
оловянной кислот; из них готовят гранулы диаметром 2-3 мм с насыпной
массой 0,7-1,3. Например, при использовании сорбента на основе оловянной
кислоты B7,4 % Sn) достигнута емкость, мг/г: 100 Sb; 78,6 As; 123 Си.
Содержание мышьяка в насыщенном сорбенте достигает 5 %, сурьмы — до 11,7 %,
висмута—до 0,85 %, при этом количество меди и никеля составило лишь 0,46
и 0,08 % соответственно, что свидетельствует о приемлемой селективности
неорганического сорбента. При регенерации его 18-20 % НС1 в элюат
извлекали 75 % As и 83 % Sb; не исключена возможность загрязнения растворов из-
за частичной растворимости сорбентов.
Исследование сорбциошых свойств сорбента, полученного из отходов
глиноземного производства—красного шлама (до 50 % Fee 15-20 % А1, до 5 % Ti,
Si и другие металлы в виде оксидов), показало, что:
• рабочий диапазон значений рН, при которых сорбент химически прочен,
— от 3 до 8;
• величина солевого фона не оказывает влияния на сорбцию мышьяка (из
растворов, содержащих 1?5 г/дм3 As, извлекается 3,5 мг-экв. As (As ) на I г
сорбента);
• сорбент сохраняет свою избирательность к мышьяку в высококонцентри-
рованных растворах.
Таблица 6.48
ХАРАКТЕРИСТИКА АСФАЛЬТИТОВ
Образцы ясфальтнгя
Показатель
Плотность, кг/м
Коксуемость по Конрадсону, %
Температура разшгчекня, °С
Групповой состав! %:
масла
смолы
асфалътеш
Элементный состав» %:
углерод
водород
сера
кислород (по разности)
Отношение С/Н
I
USA
44,0
178
12,60
8,00
79,40
83,50
5,45
0,86
2,04
1,02
1Ш
42,9
164
20,75
13,25
66,00
£6,00
8,68
3,50
0,75
1,07
0,9
621

Таблица 6.49
СОСТАВ ШИХТЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АДСОРБЕНТОВ
Адсорбент
АУ-1
АУ-2
АУ-3
АУ-4
АУ-5
АУ-6
АУ-7
АУ-8
АУ-9
АУ-10
АУ-П
АУ-12
АУ-13
АУ-14
АУ-15
АУ-16
АУ-17
АУ-18
АУ-19
АУ-20
древесная
смола
28
28
28
28
28
28
28
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
Состав шихты, %
уголь
59
59
59
59
59
59
59
62
62
62
62
62
17
17
17
17
17
17
17
17
асфальтит
13
13
13
13
13
13
13
8
8
8
8
8
13
13
13
полукокс
40
40
40
фурано-
формолит
53
53
53
53
53
Обгар, %
17,2
22,7
28,2
34,0
40,2
53,7
65,1
18,5
29,8
20,8
ЗЗД
45,5
21,2
29,7
40,5
16,7
23,2
28,2
36,3
47,5
Насыпная
плотность,
г/см3
0,560
0,555
0,546
0,537
0,515
0,466
0,430
0,570
0,544
0,570
0,510
0,480
0,580
0,556
0,506
0,487
0.479
0.472
0,442
0,390
Прочность, %
90
90
90
90
88
86
84
85
82
85
82
80
91
90
90
90
90
90
88
8
Адсорбенты получали из шихты, содержащей в качестве компонентов 8-13 %
асфальтитов различного состава (табл. 6.48) эти же асфальтиты подвергали
полукоксованию. Операцию проводили в течение 10 ч при 500-550 °С со
скоростью подъема температуры 50-60 град/ч. При конечной температуре
полукоксования 500-550 °С асфальтиты выдерживали 1 ч. Состав шихты для
получения адсорбентов приведен в табл. 6.49.
Адсорбенты использовали для очистки сточных вод со средним
содержанием мышьяка 2,6 мг/дм . Отношение массы сорбента к раствору составляло 1:
1000.
Для образцов со степенью активирования от 17 до 65 % (образцы АУ-1, АУ-
7) наблюдали экстремальную зависимость сорбционной способности от обга-
ра, которая приходится на средний обгар 28,2 %. При 8-13 % добавке
асфальтита АУ-1 в интервале измеренных обгаров 18-29,8 % особых различий в
сорбции мышьяка не выявлено (табл. 6.50) Использование полукокса и
поликонденсата в шихте удорожает технологию. Практически все образцы по
сорбционной способности мышьяка в 1,5-1,8 раза превосходят лучшие углистые
адсорбенты, а также анионит АМ-2Б.
622

КИНЕТИКА СОРБЦИИ МЫШЬЯКА
Таблица 6.50
Адсорбент
АУ-1
ЛУ-2
АУ-3
АУ-4
АУ-5
АУ-6
АУ-7
АУ-8
АУ-9
АУ-10
АУ-11
АУ-12
АУ-13
АУ-14
АУ-15
АУ-16
АУ-17
АУ-18
АУ-19
АУ-20
Контроль*
СКГ
Норит
Футамура
Диоксон
Аиионит АМ-2Б
24
0,22
0,29
1,75
0,49
0,49
0,49
1,33
0,69
0,90
0,90
0,38
1,75
0,90
0,59
1,20
0,38
0,65
0,85
0,30
0,39
0,49
0,69
1,47
0,92
0,64
1,68
Сорбировано (мг/r) аа Еремя, ч
48
0,4!
0,99
1,94
0,78
0,58
0,78
1,42
1,49
1,29
1,40
1,67
2,24
0,99
1,09
1,30
1,71
0,95
0,92
0,89
1,29
0,78
1,07
1,48
1,30
1,13
1,94
72
0,81
1,59
2,44
1,28
1,(8
1,57
2,12
1,79
1,50
1,80
1,97
2,94
1,09
1,69
1,40
1,71
1,4)
0,95
1,09
1,29
1,18
1,37
1,96
Мб
1,13
1,97
%
W
2,18
3,24
1,88
1,38
2,37
2,52
2,19
2,20
2,50
3,87
3,84
1,80
Z.69
2,20
2,61
2,50
1,65
1,70
/,79
1,58
2,17
2,76
1,50
1,83
2,37
120
2,72
3,08
4,35
2,88
2,79
3,37
3,06
2,59
2,60
ЗД)
5,74
4,54
2,70
3,39
2,40
3,11
3,20
2,65
2,60
2,69
1,88
3,28
3,76
2,50
2,43
2,87
Использование органических, -*""^^g£Z£
очистки технологических растворов ««J» ^S-b осаждение
большими объемами получаемых бедных эптюв, и
мышьяка и водный баланс схемы. _пе1П.ИВЮго извлечения мышь-
Перспектишш экстракционная технологи^се™^ш нейтралшш
яка из отработанных медных электролитус ™S^^ямймфоо
*oc^poPraHH4ecKHXCoW„eMK^2^^o^KHCMTi,H3
фоната.тримкилфосфишшдагексабутилтрдавл v
которых наиболее эффективен и доступен • состшт т
Экстракция мышьяка из кислых растворов триоутилф ,
следующих основных сст& в органическую фазу;
• извлечение мышьяка из кислых растворов * у
623

• реэкстракция мышьяка из органической фазы водой или раствором
сульфата натрия;
• осаждение мышьяка из реэкстракта в виде арсената кальция или сульфида
мышьяка.
При электролизе мышьяк содержащих сернокислых растворов при
определенных значениях катодного потенциала возможно получение на катоде
черной аморфной модификации мышьяка с достаточно высоким выходом по току
(необходима защита катода от доступа к нему анодных продуктов и кислорода
воздуха, введение ПАВ, повышающих перенапряжение водорода и
облегчающих разряд ионов мышьяка).
Весьма эффективны некоторые поверхностно-активные вещества, ингиби-
рующие реакцию восстановления соединений мышьяка (III) до выделения
арсина. Так, при цементации металлов из кислых растворов цинком и железом
и из щелочных и сульфидно-щелочных алюминием рекомендованы
олеиновая, стеариновая, абиетиновая кислоты, полиоксиэтиленал-килфениловыеэфи-
ры, борнилацетат и др. при их концентрации B-5)*10~3 % и при температуре
20-30 °С. Введение поверхностно активных веществ в растворы, из которых
производится цементация, позволяет использовать низшие марки осадителя
(даже содержащие мышьяк) взамен используемых чистого электролитного
цинка и губчатого железа.
Разряд ионов As(V) на катоде происходит с большим перенапряжением,
величина которого зависит, среди прочего, от содержания ПАВ в электролите.
Уменьшение выделения AsH3 достигается применением пенообразующих
азотсодержащих гетероциклических соединений. Выделение арсина не
превышает ПДК@,1 мг/м ) при одновременном сокращении выделяемых сернокислых
аэрозолей с 0,98 до 0,28 иг/дм3.
Восстановление As(V) протекает в три стадии:
As5" + 2е = Аб3+, Е0 = 0,57 В; F.36)
As3+ + 3e = As°, £0 = 0,ПВ; F.37)
As + ЗН* + Зе = AsHr F.38)
Поляризация при выделении мышьяка на различных электродных
материалах неодинакова. При использовании материалов, с которыми мышьяк
образует химические соединения (например, арсенид меди), выделение мышьяка
облегчается.
Электролиз щелочных и сульфидно-щелочных электролитов позволяет
извлекать мышьяк из растворов гидрометаллургических производств свинцово-
цинковой и сурьмяной промышленности. Электрохимический метод может
быть применен для окисления арсенитов до арсенатов в щелочных растворах.
624

Арсенит натрия, триоксид мышьяка и элементный мышьяк можно
перерабатывать в арсин, используемый для получения чистого мышьяка. Способом
электрорекристаллизации получают высокодисперсный порошок
элементного мышьяка.
В щелочных и сульфидно-щелочных электролитах на электродах с большим
перенапряжением для выделения водорода (железо, свинец, графит) мышьяк
(III) может быть выделен с высоким выходом по току (96-98 %). Мышьяк (V)
восстанавливается до элементного с высокой скоростью только при
электролизе сульфидно-щелочных растворов, образуя мелкодисперсный порошок,
который осыпается с поверхности электрода. Для устранения образования ар-
сина в электролиты вводят добавку поверхностно-активных веществ, ингиби-
рующих процесс восстановления элементного мышьяка до арсина.
При обработке мышьяк содержащих стоков в ванне кассетного типа с
железными электродами на катодах, помещенных в кассету со стенками из катиони-
товых мембран, выделяется водород и далее арсин. В виде арсина удаляется
до 40 % мышьяка. Анодное растворение железных анодов создает условия для
образования осадков гидроксидов железа (электрокаогуляция), сорбирующих
мышьяк. Напряжение на ванне изменялось с 7 до 14 В. При плотности тока
300 А/м\ расстоянии между электродами 40-50 мм через 1 ч концентрация
мышьяка' снижалась с 1800-5900 до 2-5 мг/дм3. Процесс характеризуется
сложной конструкцией аппарата и необходимостью количественного улавливания
мышьяковистого водорода.
Пиролюзит природный минерал, состоящий в основном из диоксида
марганца G5-80 %), недефицитный и безопасный при использовании в
технологических целях. Окисляя мышьяк (III), марганец (IV) восстанавливается до
Мп(П) и при последующей нейтрализации раствора переводит арсенат-ион в
арсенат марганца Mn3(As04J для которого величина произведения
растворимости составляет 1,9-10 .
Непоореагировавший пиролюзит является естественным сорбентом для
ка Кроме того, использование пиролюзита в качестве окислителя и
мышья^ мьш1ъяка ПШволяет значительно упростить аппаратурное
оформление схемы_ы бедующие результаты окисления и осаждения мышьяка пиро-
Лк7зХ^сгадии промьшлешых испытаний:
Концентрация As3+в растворе
даез 1 ч после окисления, мг/дм3 80
^нпентрация мышьяка в стоках
"cl осаждения, мг/дм3 0,63
Содержаще в кеке, %
общего мышьяка э,и

As3* 0,005
Влажность кека, % 40,8
В ряде промышленных опытов концентрацию мышьяка в очищенных
стоках достигали на уровне предельно допустимой @,05 мг/дм ). В табл. 6,51
приведен средний химический и рациональный состав (по данным рентгенострук-
турного анализа) получаемых осадков.
Пиролюзитная технология позволяет очищать кислые сточные воды нетолько
от мышьяка, но и от других токсичных примесей, таких как медь, цинк,
железо, кадмий и др. (табл. 6.52).
Кроме окислительной способности, пиролюзит обладает сорбционными
свойствами: при рН > 3,5 наиболее выражены катионообменные свойства, а в
более кислой среде он работает как анионит.
Таблица 6.51
СОСТАВ ОСАДКОВ, %
Компонент
Лообщ
Ьобщ
СаО
Мп
Fe
Zn-Cu
CaS04
Mn3(As04J
Сумма гидроксидов Fe, Cu, Zn
Mn02 + Mn(OHJ
По проекту
5-10
10-12
22-25
25-27
3-5
1.0
20-30
15-30
5,7-8,6
24-30
Фактическое
5-7
4-10
15-20
15-25
2-3
1-1,5
10-15
20-30
5-9
20-25
Таблица 6.52
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТОЧНЫХ ВОД (до очистки и после исе)
Компонент
As
Си
Zn
Fe
H2SO4
рН
so2
Sb
so*3-
Са*
Взвешенные вещества
Содержание компонентов в стоках, мг/дм3
исходное
2000-20000
60-400
50-1650
390-8670
10000-50000
1000-3000
10-69
700
после очистки
0,05-0,5
0,07
0,03
0
8,5-9,5
0
360-400
180-200
20-40
626

В процессе сорбции мышьяка пиролюзитом величина рН возрастает с 4,0 до
4,7, при этом количество сорбированного мышьяка на пиролюзите и
окислительная способность пиролюзита уменьшаются: В более кислых средах (рН < 1)
сорбционная способность пиролюзита падает вследствие конкурентного
влияния анионов кислоты, а окислительная способность продолжает возрастать.
Обычно сточные воды содержат сульфаты, хлориды, фосфаты, а также
железо, медь, цинк, кальций и др. По конкурентному влиянию анионов на
сорбцию мышьяка пиролюзитом образуется следующий ряд:
P043">S042">Cr>N03_.
Катионы подавляют сорбцию мышьяка на пиролюзите в ряду
Zn2+>Cu2+>Ca2+.
Катионы и анионы, сорбируясь на пиролюзите, ухудшают его
окислительную способность. Образование различных отложений на поверхности зерен
пиролюзита, например гипсование, уменьшает он примерно на 20 %.
Регенерацию поверхности пиролюзита достигали при обработке раствором
серной кислоты или едкого натра. Серная кислота менее эффективна, однако
полнее растворяет шламовую оболочку на поверхности пиролюзита. Поэтому
для регенерации пиролюзита использовали орошение его 10 %-ным
раствором серной кислоты. Первые порции элюата значительно обогащены
железом, медью, цинком, кальцием, марганцем и другими компонентами, которые
содержались в сточных водах. Появление в первоначальный момент в элюате
больших концентраций марганца (II) объясняется растворением на
поверхности пиролюзита арсената марганца. Когда весь арсенат марганца переходит в
раствор, концентрация марганца в элюате достигает 20-30 мг/дм и остается
постоянной при дальнейшем пропускании кислоты, что соответствует
регенерации свойств пиролюзита. Мышьяк из элюата осаждали в присутствии
известкового молока в виде арсената марганца.
Как правило, содержание мышьяка в осадках, образующихся при очистке
сточных вод, не превышает 7-10 %. Переработка этих продуктов в целях его
утилизации экономически нецелесообразна, и они подлежат захоронению.
Крайне важно обеспечить стабильность осадков при хранении,
исключающей возможность растворения токсичных компонентов, что требует
всестороннего изучения физико-химических свойств получаемых шламов.
Долговременная химическая стабильность осадков зависит также от ряда других
факторов: качества и оперативности аналитического контроля
технологического процесса; геофизических характеристик места хранения;
гранулометрического состава и проницаемости шламов для природных вод; присутствия
627

«связанного» кислорода, сульфидов и комплексообразуюших реагентов, типа
цианида, хлорида, органических ионов.
Для оценки устойчивости соединений мышьяка определяют экотоксичность
по методикам, признанным Американским Агентством по охране
окружающей среды. Проводят длительные исследования (в течение нескольких лет) с
использованием статических или динамических методов. В статическом
варианте сухое вещество сохраняется в герметизированных емкостях в контакте со
слабощелочными растворами. Периодически осуществляют отбор проб и, при
необходимости, корректировку растворов. Динамические испытания обычно
проводят в колоннах, наполненных мышьяк содержащим веществом, через
которые с постоянной скоростью прокачивают щелочные растворы. В
некоторых вариантах проводят периодическую сушку материала в колоннах
продувкой воздуха для моделирования естественных погодных условий при
хранении.
Таким образом, технология очистки сточных вод от мышьяка должна
обеспечивать:
• исключение сброса (в том числе аварийного) в водоемы растворов с
содержанием мышьяка выше ПДК;
• возможность максимального водооборота на предприятии;
• получение малотоксичных осадков для захоронения;
• простоту технологических операций и доступность применяемых
реактивов и материалов;
• безопасность для персонала;
• минимальные энергетические затраты;
• применение типовой аппаратуры.
6.4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛАВЕ 6
1. Черняев A. ML, Логинова Н. Я., Белова Л. Я. Воды России 1994 (Состояние,
использование, охрана). — Екатеринбург: «Виктор», 1996. — 88с.
2. Черняев А М., Прохорова Я. Б., Белова Л. Я Воды России 1996 (Состояние,
использование, охрана). — Екатеринбург: «Виктор», 1998. 102 с.
3. Черняев А. М., Прохорова Н. Б., Белова Л. Я. и др. Воды России 1998 (Состояние,
использование, охрана). — Екатеринбург: Аэрокосмоэкология, 1999. — 146 с.
4. Кляйн С Э., Карелов С. В., Деев В. И. Цветная металлургия — окружающая среда
-— экономика. — Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000. — 373с.
5. Назаров В. Д., Вадулина Н. В,, Трупова С В. Очистка природных вод от ионов
тяжелых металлов // Тез. докл. научнпракт. Семинара «Современные технологии
очистки природных и сточных вод. Переработка отходов». — Челябинск, 1999. — с. 19.
6. Мигалапгий Е. В., Браяловский Б. С, Никифоров А. Ф. Извлечение соединений
тяжелых цветных металлов из сточных вод мембранными методами. Тез. докл. науч.-
628

практ. семинаров на Междунар.выставке«^алэкология-199б».—Екатеринбург, 1996.
С. 47-^8.
7. Генцпер F. Л. Интенсивные технологии локальной очистки производственных
сточных вод. Тез. докл. IV Междунар. конгресса «Экватек-2000». — М., 2000. С. 146.
8. Мшюваное Л, Б. Очистка сточных вод предприятий цветной металлургии. — М.:
Металлургия, 1971. — 383 с.
9. Пути совершенствования оборотного водоснабжения, очистки промышленных
сточных вод, проектирование и строительство очистных сооружений. Сборник трудов № 17.
В 2 томах / Под ред. JO. Я. Свядоща. — Алма-Ата: Казмеханобр, 1977. — 460 с.
10. Очистка и контроль сточных вод предприятий "цветной металлургии / Под
редакцией К />. Лебедева. — М. Металлургия, 1983. — J92 с.
11. Багров О. Н.г Антонов В. К, Куликов Э. П. и др. Системы полного оборотного
водоснабжения в цветной металлургии. — М.: Металлургия, 1978. —144 с.
12. Гудков А. Г,, Соловьев Е С, РябухинД. В. и др. Обезвреживание соединений
шестивалентного хрома в сточных водах с использованием алюминесодержащего
материала // Экология промышленного производства. 1996. № 1. С, 46-51.
13. Касимов А. Л/.; Александров А. Н. Утилизация редких и цветных металлов из
растворов и сточных вод промышленного производства. Тез. докл. II Междунар.
конгресса по управлению отходами «Вэйст-Тэк-2001». — М., 2001. С. 314.
14. Абражаев R В,, Пенева Е. JO., Галустов В. С. и др. Рациональное использование
и очистка воды на машиностроительных предприятиях. Тез. докл. II Междунар.
конгресса по управлению отходами «Вэйст-Тэк-2001». — М., 2001. С. 324.
15. Укрупненные нормы водопотребления и водоотведения для различных отраслей
промышленности. СЭВ. ВНИИ ВОДГЕО. — М.: Стройиздат, 1982. — 527 с.
16. Тимонин А. С Инженерно-экологический справочник. — Калуга: Издательство
Н. Бочкаревой, 2003. — 881 с.
17. Набойченко С. С, Мамяченков С. В., Карелов С. В. Мышьяк в цветной
металлургии. — Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УГШ, 2004.
629

Справочное издание
Аксенов Валентин Иванович
Ладыгичев Михаил Григорьевич
Ничкоеа Ирина Ивановна
Никулин Валерии Александрович
Кляйн Станислав Эдуардович
Аксенов Евгений Валентинович
Водное хозяйство
промышленных предприятий
Книга 1
Компьютеная верстка Т. Р. Чернакоеа
Корректор Л. Г. Смирнова
Сдано в набор 15.12.04. Подписано к печати 27.05.05.
Формат 70x100 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 52,0. Усл. кр-отт. 52,0. Уч.-изд. л. 49,92.
Тираж 1000 экз. A-Й з-д 200 экз.). Заказ № 1012.
Издательство "Теплотехник"
103064 Москва, ул. Земляной Вал, 27, стр. 3
Отпечатано с оригинал-макета в ППП Типография "Наука*
121099 Москва, Шубияский пер., 6
SBN 5-98457-029-7
9И785984И570299