книги из ГПНТБ / Шабалин А.Ф. Очистка сточных вод предприятий черной металлургии учебное пособие для техникумов

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее, второе, издание книги «Очистка сточных вод предприятий черной металлургии» выходит спустя 7 лет после выпуска первого издания (1953 г.).

За истекший период технический уровень водного хозяйства предприятий черной металлургии резко повысился. Построено много сооружений для очистки производственных и хозяйственнобытовых сточных вод. В результате этого, а также вследствие

организации повторного использования очищенных сточных вод

взамкнутых циклах водоснабжения удалось прекратить выпуск

вводоемы неочищенных сточных вод ряда предприятий.

Загрязнения, вносимые в водоемы со сточными водами пред­

приятий черной металлургии, уменьшились за истекшие 10 лет по Донбассу и Приднепровью на 70%, по Уралу на 50% и по Си­ бири на 40%.

В 1958 г. из сточных вод было извлечено большое количество-

ценных веществ, в том числе: окалины свыше 700 тыс. т; желез­

ного купороса около 40 тыс. г; фенолов — 5,2 тыс. г; а также железной руды, угольного шлама, смолы, масла и др.

Однако еще многие предприятия продолжают сбрасывать в открытые водоемы как недостаточно очищенные, так и неочищен­ ные сточные воды, что приносит большой вред народному хозяй­

ству.

Естественно, что все новое и полезное для очистки сточных вод и извлечения из них ценных веществ должно найти отраже­ ние в книге, предназначенной 'служить пособием для учащихся техникумов, а также работающих на производстве инженеров,

техников, студентов вузов и санитарных врачей.

Поэтому при втором издании книга была существенно перера­ ботана и пополнена новыми материалами. Главнейшие изменения, которым подвергалась книга по сравнению с первым изданием, заключаются в следующем: более широко освещены вопросы тео­ рии осаждения и всплывания механических примесей; вопросы очистки сточных вод газогенераторных станций выделены в спе­ циальную главу, более полно описаны методы извлечения и ис­ пользования ценных веществ, а также вопросы эксплуатации очистных сооружений; приведены некоторые методы анализа сточных вод. Кроме того, в значительной степени обновлен,- улучшен и расширен иллюстративный материал в соответствии с новейшими данными.

10 Предисловие

В книгу включены данные о результатах многочисленных ис­ следований работы находящихся в эксплуатации очистных соору­

жений и изысканий новых методов очистки сточных вод. На осно­ вании анализа этих результатов доказывается необходимость и целесообразность повторного использования сточных вод после соответствующей подготовки их в замкнутых циклах водоснаб­

жения; выпуск сточных вод, требующих предварительной их очистки, считается допустимым только тогда, когда будет дока­ зана невозможность или нецелесообразность их повторного ис­ пользования.

Текст книги написан, исхоя из предположения, что читатель

обладает знаниями в области технологии и построения схем водо­

снабжения предприятий черной металлургии, в области гидрав­ лики и гидрохимии воды, физики охлаждения оборотной воды, на­

сосов и оборудования насосных станций в объеме программы, предусмотренной учебным планом техникума.

ВВЕДЕНИЕ

Металлургические предприятия при добыче и подготовке сырья, в процессе производства чугуна, стали и проката расхо­ дуют воду в огромном количестве, которая после использования превращается в сточную воду, требующую отведения. Различают условно чистые сточные воды, подвергающиеся при использова­ нии их только нагреву, и загрязненные сточные воды, которые загрязняются различными примесями: взвешенными и плаваю­ щими (механические), растворенными неорганическими, и орга­

ническими (химические), кроме того, микроорганизмами и пр.

Кусловно чистым водам относятся отработавшие воды, отво­ димые от тепловых электрических станций (ТЭЦ и ЦЭС) и паро­ воздуходувных станций (ЛВС), от доменных, мартеновских, на­ гревательных и электросталеплавильных печей, от трубчатых газовых холодильников и др.

Кводам, содержащим в основном только взвешенные при­

меси, относятся воды, отводимые от фабрик мокрого обогащения угля и руды (без флотации), от прокатных цехов (без обработки

металлов кислотами) и разливочных машин, от установок гидро-

золоудаления (при малосернистых углях) и др.

Кводам, содержащим взвешенные и растворенные примеси,

относятся воды, отводимые от флотации угля и руд, очистки до­ менного и коксового газов, газогенераторных станций, от мест

обработки (травления) металлов кислотами и др.

В прежнее время как условно чистые, так и загрязненные сточные воды сбрасывали обычно после использования в водоем ниже водозабора. Однако такой прием был в ряде случаев невы­ годен экономически, так как был связан с необходимостью пода­ чи больших количеств свежей воды на значительное расстояние или на большую высоту. Кроме того, загрязнения, поступавшие

.со сточными водами в водоем, ухудшали в нем качество воды, де­ лали воду непригодной для использования другими, расположен­

ными ниже, водопотребителями, пагубно отражались на рыбном

хозяйстве странь! и т. д.

Загрязнение водоемов сбрасываемыми в «их сточными водами, прогрессировало по мере развития промышленности, в результате этого правительство вынуждено было издать ряд постановлений, направленных на предохранение водоемов от загрязнения. Одно­ временно с этим были изданы «Санитарные правила спуска сточ­ ных вод в водоемы общественного пользования» (НСП 101—54). В этих правилах Нормировались условия сброса сточных вод в во­ доем, исходя из предельно допустимого изменения содержания

в них отдельных веществ, могущих поступать со сточными вода­

ми в воде водоема у ближайшего, расположенного ниже, места

водопользования, т. е. после смешения сточных вод с водой во­ доема.

Для того чтобы удовлетворить требованиям «Санитарных пра­ вил», необходимо было в большинстве случаев загрязненные сточные воды перед их сбросом в водоем подвергать очистке от содержащихся в них загрязнений. Однако в связи со сложностью

и значительной стоимостью сооружений для очистки сточных вод перед их сбросом в водоем строительство и освоение их на мно­ гих предприятиях затянулось.

Перед заводами возникла необходимость в поисках иных бо­

лее простых и вместе с тем совершенных путей решения задачи. Одним из таких путей является давно известное и широко при­

меняемое, повторное многократное использование сточных вод в замкнутых циклах водоснабжения без сброса их в водоем. В этом случае условно чистые (отработавшие) сточные воды исполь­ зуются в качестве охлаждающих сред, в охлаждаемых прудах,

брызгальных бассейнах и градирнях.

Аналогично этому сточные воды, загрязненные взвешенными веществами, могут и должны быть использованы повторно в обо­ ротном (замкнутом) цикле водоснабжения после освобождения их от примесей. При этом в обычно применяемых отстойниках в большинстве случаев полностью нельзя освободить сточные воды от взвешенных веществ в той степени, которая требуется при вы­ пуске этих вод в водоем, хотя в них вода достаточно осветляется для возможности ее повторного использования. Таким образом, кроме уменьшения расстояния и высоты подачи воды, в резуль­ тате перехода на повторное многократное использование сточ­ ных вод в замкнутых циклах водоснабжения уменьшается расход на постройку сооружений для очистки воды.

пользуются и сточные воды, содержащие растворенные вещества.

Вещества, загрязняющие производственные сточные воды предприятий черной металлургии, представляют собой в значи­

тельной части ценные отходы и остатки от сырья ,и продукции производства. Следовательно, для уменьшения загрязнения сточ­ ных вод необходимо так организовать производственный процесс, чтобы, насколько это возможно, уменьшить количество теряемых со сточными водами ценных отходов. В тех же случаях, когда по условиям производственного процесса такие потери нельзя пред­

отвратить, следует наряду с использованием очищенных сточных вод предусмотреть извлечение теряемых ценных отходов.

Лишь при технической невозможности или экономической нецелесообразности такого извлечения (например, в связи с низ­

кой концентрацией их в сточных водах) они могут быть в процес­ се очистки разрушены или переведены в безвредные для произ­ водства и оборудования соединения. Разрушения таких примесей,

как фенолы, можно достичь проще всего, если использовать фе­ нолсодержащие воды для тушения кокса.

В настоящей книге рассматриваются методы очистки загряз­ ненных сточных вод предприятий черной металлургии, направ­ ляемых для повторного использования и сброса в водоем с из­ влечением и без извлечения ценных веществ.

Сточные воды предприятий черной металлургии в зависи­

мости iot физико-химического состава их загрязнений могут под­

вергаться очистке с применением следующих методов:

1) физических — при осаждении, всплывании, отстаивании и

фильтровании (без коагулирования и с коагулированием); 2) физико-химических — при кристаллизации, выпаривании,

экстракции и др.;

3)химических — при изменении состава сточных вод нейтра­ лизацией;

4)биохимических—при очистке от загрязнений с помощью

микробов.

Предпочтение должно отдаваться методу, который наиболее эффективен по техническим и экономическим показателям, т. е. обеспечивает наибольшее извлечение из сточных вод примесей.

Все ‘возрастающие темпы развития нашей промышленности, особенно металлургической, которая потребляет воду в весьма больших количествах, заставляют предусматривать увеличение

мощности водного хозяйства заводов черной металлургии и осу­ ществлять мероприятия, обеспечивающие экономное расходова­ ние воды, максимальное извлечение ценных примесей из сточных,

вод, очистку этих вод до такой степени, чтобы их можно было использовать повторно в замкнутых циклах водоснабжения без

выпуска в водоем, Если техника водоснабжения развивалась одновременно с

другими отраслями промышленности, то техника очистки произ­ водственных сточных вод является сравнительно молодой — осно­ вы ее в нашей стране заложены лишь после Великой Октябрской социалистической революции.

В настоящее время много внимания уделяют работам по ос­ воению построенных за последние годы сооружений и дальней­ шему усовершенствованию технологии производства. Производ­ ственные сточные воды предприятий черной металлургии превра­ щаются в источник промышленного сырья. Одновременно с пере­ водом водоснабжения цехов на замкнутые циклы и ликвидацией

стоков резко сокращается потребность предприятий в свежей во­ де, подаваемой из природных источников.

Глава I

СОСТАВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

§1. СТОЧНЫЕ ВОДЫ РУДНИКОВ, РУДООБОГАТИТЕЛЬНЫХ

ИАГЛОМЕРАЦИОННЫХ ФАБРИК

Сточные воды рудников могут быть двух видов: от рудничного водоотлива и бытовые. Количество производственных сточных вод от энергетических установок, ремонтных цехов и пр. обычно весьма незначительно. Их отводят вместе с водами руд­ ничного водоотлива или направляют в канализацию, предназна­ ченную для бытовых сточных вод.

Воды рудничного водоотлива являются грунтовыми, посту­ пающими (обычно из трещиноватых пород) по открытым или закрытым подземным выработкам в водосборники. Из них эти воды подаются на поверхность равномерно или периодически в

зависимости от их количества.

Исходный состав рудничных вод зависит от строения почвы и горизонта водосбора. В некоторых случаях рудничные воды мо­ гут быть сильно минерализованы, т. е. содержать значительное количество растворенных солей.

Протекая же на большом протяжении по выработкам, эти воды увлекают с собой отходы производства (частицы руды, об­ ломки крепежного дерева, нефтепродукты, масла), а также бы­ товые отбросы, вследствие чего, кроме минеральных солей, они содержат и органические загрязнения. Этим объясняется высокая

окисляемость этих вод — до и более 12,6 мг/л О2; число колоний

достигает 30 000 в 1 cai3.

Несмотря на то, что рудничные воды частично отстаиваются в водосборнике, расположенном в руднике, содержание взвешен­ ных веществ в них при выдаче на поверхность составляет от 300

до 3000 мг)л, а иногда и более. Характерным для рудничных вод,

например для вод криворожских рудников, является большая дисперсность (измельченность) взвешенных в них веществ, в ре­

зультате чего они медленно осаждаются даже в неподвижной

воде.

Рудничные воды содержат большое количество растворенного железа. В водах криворожских рудников содержание железа колеблется в среднем от 0,1 до 3.8 мг/л, достигая в шахте «Боль­ шевик» 12—30 мг]л, вследствие чего вода приобретает специфи­ ческую красно-бурую окраску. Часто в рудничных водах содер-

Сточные воды рудников, обогатительных и агломерационных фабрик 17

них обычно отсутствуют. Стоки от обогащения марганцевых руд отличаются более мелким гранулометрическим составом шламов.

Как правило, водоснабжение рудопромывочных фабрик — обо­ ротное, т. е. с многократным использованием воды, предваритель­ но осветляемой в прудах-шлаконакопителях.

При обогащении железных и марганцевых руд и флотации образуются два вида сточных вод: а) воды от первой ступени (от промывки), загрязненные только взвешен­ ными примесями, не содержащие флотореагентов; б) воды от второй ступени (от флотации), загрязненные взвешенными при­ месями и реагентами флотации. Количество сточных вод от фло­ тации меньше, чем от промывки руды, поступление их обычно равномерное.

На обогатительной фабрике треста «Чиатурмарганец» сточ­ ные воды от слива первичных сгустителей (от промывки) содер­ жат механические загрязнения в количестве около 30 г/л, в том числе песок 67%, марганцевые соединения 16% и глина 17%.

Сток от последующих этапов обогащения руды (с хвостами

процесса отсадки, хвостами контрольной флотации и от флота­

ции концентрата), слив от сгустителей обесшламливания и слив из сгустителей концентрата содержат механические примеси в ко­ личестве 120 г/л, в том числе песок кварцевый — 70%, глину — 20%, соединения марганца (МпО2 и МпСО3) — 10%. Причем пе­ сок и соединения марганца хорошо осаждаются, удельный вес осадка равен примерно 3, объемный вес 2,2 при 74% влажности

стоках содержатся также флотореагенты: окисленный уайт-спи­ рит (ФР-3) или окисленный керосин — 0,06 г/л, сода и сульфат­ ное мыло в растворенном виде.

Повторному использованию предварительно осветленной в

пруду-осветлителе (шламонакопителе) воды препятствует оста­ точное содержание взвеси в виде глинистых частиц в количестве около 100 мг/л, выпуск же таких сточных вод в водоем недопу­ стим из-за наличия в них (кроме взвешенных частиц) уайт-спи­

рита (или окисленного керосина). Способы очистки этих вод от глинистых частиц и флотореагентов рассматриваются в гл. VI.

На рудообогатительной фабрике Златоустовского рудоуправ­ ления применяют двухступенчатую флотацию титано-магнетито­ вых руд — пиритную и ильменитовую. Сточные воды от сгусти­ телей титанового полупродукта, гидравлических классификаторов и от обезвоживания магнитного концентрата содержат только механические примеси в количестве около 0,25 г/л, в значитель­ ной мере хорошо выпадающие в осадок. Сточные воды от основ­ ной ильменитовой флотации, от обезвоживания пиритного кон­ центрата, сгущения промпродукта, от флотации промпродукта и

2 Заказ 1855

18 Состав производственных сточных вод

сгустителей конечной ильменитовой флотации содержат взвешен­

(шламонакопителе), препятствует наличие в воде флотореагентов,

несмотря на удовлетворительное осветление этой воды. Необхо­ димо иметь в виду, что для флотационных фабрик можно приме­ нять воду только с примесями, не влияющими на флотационный процесс. Особенно недопустимо содержание в воде солей тяже­ лых металлов: не желательны гидраты окиси железа и меди. Во­ да должна быть свободна от органических соединений: масла,

жиров и т. п.

На флотационных фабриках целесообразно организовать замкнутый цикл водоснабжения с целью экономии как воды, так и реагентов, а также для избежания загрязнения водоемов. При

этом очистку сточных вод выполняют с помощью химических реа­ гентов.

В качестве очистных сооружений сточных вод от флотации руд применяют также пруды-осветлители (шламонакопители). Коли­ чество твердого осадка в сточной воде от флотации железных руд после их предварительного обогащения промывкой с мокрой магнитной сепарацией меньше, чем в сточной воде только от про­

мывки. Например, по проекту одного горнообогатительного ком­ бината количество твердого вещества в сточных водах от про­

мывки руды с мокрой магнитной сепарацией составит 0,56 т на одну тонну рудной массы, а при наличии дополнительной флота­

ции твердого вещества в сточной воде составит 0,46 т на одну

тонну рудной массы. В других случаях цифры будут, очевидно, отличны от приведенных.

Сточные воды агломерационных фабрик со­ ставляют 50—60% от количества потребляемой воды или около

ста нахождения агломерационной фабрики ее стоки могут посту­ пать в каналы, отводящие рудничные воды, или в стоки обогати­ тельной фабрики, а если агломерационная фабрика расположена на территории металлургического завода, то в заводскую канали­ зацию. После осветления отстаиванием сточные воды агломера-' ционных фабрик могут быть использованы вторично.

§2. СТОЧНЫЕ ВОДЫ УГЛЕОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

ИКОКСОХИМИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ

Углеобогатительная фабрика может быть самостоятельным

предприятием или цехом коксохимического завода, где может

осуществляться либо только дробление и мойка угля, либо, кро­