9. Технико-экономическое сравнение вариантов проекта

Технико-экономическое сравнение вариантов может производиться при условии, что все варианты равноценны в санитарном отношении, по содержанию загрязняющих компонентов в очищенном стоке.

Варианты проектирования могут рассматриваться как для всей схемы водоотведения и очистки сточных вод промпредприятия, так и отдельных ее частей, например: отстойник с камерой хлопьеобразования и осветлитель со взвешенным слоем осадка; гравитационный или флотационный уплотнитель или илоразделитель; применение минеральных коагулянтов или высокомолекулярных полиэлектролитов или электрокоагуляции; вертикальный или горизонтальный отстойники при высоком уровне грунтовых вод; аэротенк или биофильтр; прокладка напорных сетей в полупроходном канале или на эстакаде и т.п.

При выборе варианта следует учитывать такие факторы, как расход дефицитных материалов и оборудования при строительстве, использование местных строительных материалов, трудоемкость, сроки строительства, применение более дешевых реагентов или отходов производства в качестве наполнителей при обезвоживании осадков и т.д.

Наиболее перспективным в санитарном и экономическом отношении является вариант очистки дождевых и производственных сточных вод с целью их использования в системах повторного и оборотного водоснабжения по сравнению с вариантом, предусматривающим сброс в водоем или городскую водоотводящую сеть, поскольку требования к очищенной воде в последнем случае выше и очистка более дорогостоящая.

Для технико-экономической оценки варианта схемы очистки следует воспользоваться рекомендациями .

10. Нормативные данные и схемы очистки сточных вод отдельных производств

10.1. Производство искусственных волокон

Производство вискозного волокна. Целлюлоза обрабатывается едким натром и после отделения щелочи растворяется в сероуглероде. Образовавшийся вискозный раствор для получения вискозной нити продавливается через фильеры (устройства с мельчайшими отверстиями) в осадительную ванну, содержащую раствор серной кислоты, сульфатов натрия и цинка. Далее нить отмывается щелочью, проходит пластификационную ванну со слабокислым раствором. Осадительная ванна освобождается от излишков воды, остаток поступает в кристаллизатор.

Производственные загрязненные сточные воды образуются в процессах отделения щелочи, фильтрации вискозы, прядения и отделки волокна, выпарки раствора осадительной и пластификационной ванн, кристаллизации сульфата натрия, приготовления отделочных растворов.

По характеру загрязнений сточные воды разделяются на кислые (содержащие серную кислоту, сульфаты цинка и натрия, сероуглерод, сероводород, гемицеллюлозу (рис. 1, поз. 3)), щелочные (содержащие едкий натр, сульфаты натрия, сульфиды, серу (поз. 1)) и вискозные (содержащие целлюлозу, едкий натр, сероуглерод, сероводород (поз.2)).

Малозагрязненные сточные воды в производстве всех видов химических волокон, как правило, используются в оборотных системах со сбросом в канализацию только продувочных вод.

Производство медно-аммиачного волокна. Целлюлоза обрабатывается комплексом солей меди в присутствии концентрированного раствора аммиака. Образовавшийся раствор продавливается через фильеры в щелочную ванну, затем полученное волокно многократно отмывается водой. Регенерация аммиака производится его разгонкой. Медь после упаривания отработавшего раствора выделяется в осадок и растворяется серной кислотой для повторного использования. Производственные загрязненные сточные воды образуются в процессах приготовления, промывки и фильтрации солей меди, приготовления и фильтрации прядильного раствора, прядения и отделки волокна, регенерации аммиака и меди. Сточные воды загрязняются окисью меди, медно-аммиачными соединениями, серной кислотой, едким натром, целлюлозой, а также сульфатами аммония и натрия.

Производство ацетатного волокна. В качестве основного сырья для производства ацетатного волокна используется ацетилцеллюлоза, которая растворяется в ацетоне или метиленхлориде. В основном производстве загрязненные сточные воды практически отсутствуют. Сточные воды, загрязненные следами ацетона или метилен-хлорида, образуются при регенерации растворителей.

Количество сточных вод в пересчете на 1 т выпускаемой продукции составляет, м³: кислые – 300; щелочные – 90; вискозные – 30. Количество сточных вод потоков 1, 2, 3, 4 необходимо принять по 25 % от общего расхода перед блоком биологической очистки.

Концентрация основных загрязняющих веществ в сточных водах производства искусственных волокон составляет, мг/л: взвешенные вещества – 200; БПК_полн – 400; целлюлоза – 45; сера и её соединения – 45; замасливатели – 40.

Очистка сточных вод. Сточные воды производства вискозных и медно-аммиачных волокон подвергаются локальной физико-химической очистке от специфических загрязнений, а затем направляются на самостоятельные или общегородские сооружения биологической очистки. Сточные воды производства ацетатного волокна, как правило, подвергаются непосредственной биологической очистке совместно с хозяйственно-бытовыми водами.

На рис. 1 приведена комплексная схема очистки сточных вод производства вискозных волокон, включающая также регенерацию технологических растворов и улавливание ценных веществ. Отработавшие растворы осадительной 7 и пластификационной 5 ванн после упаривания 6 направляются в кристаллизатор 10 для выделения излишков сульфата натрия, возвращаемого в производство 8.

Кислые цинксодержащие воды 4 нейтрализуются кальцинированной содой 16 и обрабатываются сульфидом натрия 17, отстаиваются 15 и направляются на песчаные фильтры 19. Образовавшийся шлам 20, содержащий соли цинка, обезвоживается на вакуум-фильтрах 21 и вступает в контакт с серной кислотой 22 для растворения цинка, вновь используемого в производстве 33.

Вискозные сточные воды 2 подкисляются кислыми 22; освобождающиеся при разложении вискозы сероуглерод и сероводород отдуваются воздухом 12 и направляются на общезаводскую воздухоочистную установку на регенерацию сероуглерода и очистку от сероводорода 9.

Скоагулированная целлюлоза отстаивается 15 в виде хлопьев вместе с другими взвешенными веществами 7. Щелочные воды 1 смешиваются с очищенными сточными водами, нейтрализуются до оптимального значения рН и направляются на биологическую очистку 27. На всех потоках предусматривается усреднение состава сточных вод 12.

В отдельных случаях (производство текстильной нити) кислые цинксодержащие сточные воды 3 при отсутствии механических примесей могут направляться для извлечения цинка на ионообменную установку 30.

При проектировании сооружений для очистки сточных вод производства вискозного волокна следует принимать следующие параметры: объем усреднителей 12 на 3 – 4-часовой приток воды; продолжительность отстаивания в отстойниках 15 – 2–4 ч; скорость фильтрации воды на песчаных фильтрах 19– 5–6 м/ч, на катионитовых 30 – 8–10 м/ч; время пребывания воды в аэротенках 27 – 10–12 ч при расходе воздуха в них 13–15 м³/м³; расход воздуха на отдувку сероуглерода и сероводорода 15–20 м³/м³ воды.

Общий эффект очистки вискозных сточных вод определяется остаточной концентрацией: 0,1–0,15 мг/л цинка, 2–3 мг/л взвешенных веществ, 0,5–1 мг/л сероуглерода, сульфидов – отсутствие, БПК_полн – 8–10 мг О₂/л.

Р

21

ис. 1. Комплексная схема очистки сточных вод производства вискозного волокна с регенерацией ценных веществ:

1 – щелочные стоки; 2 – вискозные стоки: 3 – кислые цинксодержащие стоки от отделки текстильной нити; 4 – кислые цинксодержащие стоки: 5 – из отработанной пластификационной ванны; 6 – выпарные установки I и II ступени; 7 – из отработанной осадительной ванны; 8 – возврат укрепленной осадительной ванны; 9 – газовоздущная смесь на заводские установки очистки вентиляционных выбросов; 10 – установка кристаллизации сульфата натрия; 11 – градирня; 12 – усреднители; 13 – насосы;

14 – реакторы; 15 – отстойники I и II ступени; 16 – дозаторы кальцинированной соды; 17 – дозаторы раствора сульфида натрия;

18 – воздуходувка; 19 – песчаные фильтры; 20 – приемные барки цинкового шлама; 21– вакуум-фильтры; 22 – дозатор серной кислоты: 23 – фильтр; 24 – приемная барка раствора сульфата цинка; 25 – реактор; 26 –смеситель очищенных стоков; 27– аэротенки; 28 - вторичные отстойники; 29 – шламонакопители; 30 – катионитовые фильтры: 31 – барки рециркуляции регенерирующего раствора; 32 – очищенные стоки в водоем, 33 – регенерированный раствор сульфата цинка

Канализационные осадки и их обработка

При физико-химической очистке сточных вод производства вискозных и медно-аммиачных волокон образуются значительные объемы осадков. Количество осадков определяется с учетом веществ, содержащихся в сточных водах (см. выше), в частности целлюлозы, серы, гидроокисей цинка и меди, замасливателей, механических примесей, а также веществ, выпадающих в осадок при обработке сточных вод реагентами. Осадок из отстойников предварительно поступает в деконтакторы (резервуары - сборники осадка, где отбирается часть воды) и далее насосами перекачивается в шламонакопители 29. При извлечении цинка из осадка или при отсутствии площади для размещения шламонакопителей осадок направляют на механическое обезвоживание (вакуум-фильтры 21).

Шламонакопители (земляные) предусматриваются на 10-летнее складирование шлама. Днища и боковые откосы шламонакопителей во избежание загрязнения грунтовых вод необходимо гидроизолироватъ. Число секций шламонакопителей должно быть не менее двух. Заполнение секций попеременное из расчета отстаивания шлама не менее 3 мес. Последующая подача шлама в секцию осуществляется после откачки из верхней ее части выделившейся воды, которая возвращается на очистные сооружения.

Влажность осадка, поступившего в шламонакомители, составляет в среднем 99 %, а после длительного уплотнения в шламонакопителях 80-83 %. Объемная масса осадка при влажности 80 % составляет в среднем 1,1 т/м³.

Очистка цинксодержащих сточных вод производства вискозного волокна с электрохимической регенерацией цинка и осадков. Этот метод очистки является перспективным. В отличие от описанного выше метода извлечения цинка новый метод позволяет увеличить его возврат в производство с 40 до 85 % при более высоком качестве металла (снижение примеси железа).

Цинк может извлекаться как непосредственно из сточных вод, так и из цинксодержащих осадков, выпадающих из воды при ее очистке. Наиболее целесообразно получение цинка из осадков, для чего последние обрабатываются щелочью с получением цинкатных растворов, в которых концентрация цинка достигает 15 – 20 г/л.

При извлечении цинка с использованием щелочи можно устанавливать аппаратуру из обычной стали; щелочные растворы обладают большей электропроводностью, чем кислые сульфатные, в результате чего снижается расход электроэнергии.

Производственными исследованиями установлены оптимальные параметры процесса: концентрация цинка в цинкатном растворе, поступающем на электролиз, не менее 10 г/л, в отработавшем растворе – 1 г/л; концентрация едкого натра в растворе 150 – 200 г/л; плотность тока 300 – 350 А/м², расстояние между электродами 35 – 40 мм; напряжение тока 2,2 – 2,5 В; содержание железа в полученном катодном цинке до 0,05 %.

Исследования показали, что целесообразно электрохимическое извлечение цинка из различных цинксодержащих осадков (включая и известковый шлам) независимо от вида щелочного реагента для получения цинкатных растворов. Возможно многократное использование отработавших растворов для защелачивания новых порций цинксодержащих осадков.