Методы очистки сточных вод, образующихся на предприятиях лесопромышленного комплекса

В статье анализируются методы очистки сточных вод, которые образуются на предприятиях лесопромышленного комплекса и используются локальными и внеплощадными системами очистки.

Ключевые слова: сточные воды, лесопромышленный комплекс, локальные системы очистки, внеплощадные системы очистки, механическая очистка, биологическая очистка.

Сточные воды предприятий лесопромышленного комплекса содержат огромное количество взвешенных и растворенных веществ как органического, так и неорганического происхождения. Взвешенные вещества состоят из кусочков коры и ила, кроющих материалов и наполнителей и мелкого волокна. Растворенная органика в сточной воде почти полностью обязана своим происхождением сырой древесине. В ее состав входят древесные сахара, углеводы, лигнин и родственные соединения, а также неиспользованные целлюлозные волокна.

Некоторые органические вещества характеризуются высоким БПК, другие - биологической устойчивостью от распада. Многие органические соединения и продукты распада токсичны по отношению к некоторым видам флоры и фауны.

При проектировании очистных сооружений важно установить для каждого стока, какая очистка предпочтительнее - цеховая (локальная) или внеплощадочная, а для предприятия в целом определить оптимальные соотношения между локальной и внеплощадочной системами очистки.

Если сточные воды, образующиеся в разных цехах, содержат различные по характеру загрязнения, обычно выгоднее очищать их раздельно, имея в виду, что удаление примесей тем экономичнее, чем выше их концентрация.

Цеховую (локальную) очистку оборотных и сточных вод производят в следующих целях:
- максимальное снижение потерь сырья со сточными водами;
- уменьшение потребления свежей воды;
- сокращение сброса сточных вод в водоем и уменьшение объема внеплощадочных очистных сооружений.

Технологические приемы и системы, используемые при внутриплощадной очистке сточных вод, заметно отличаются от тех, которые используются на внеплощадных очистных сооружениях.

Внутриплощадные способы очистки характеризуются большим разнообразием. При этом необходимо, чтобы они были приспособлены к действующим технологическим процессам данного предприятия с учетом выпускаемой ими продукции.

Все мероприятия внутризаводского характера подразделяются на системы сбора утечек и переливов, локальные средства ограничения сброса сточных вод в условиях существующих технологий и действующего оборудования и модифицированные технологические процессы с использованием перспективной технологии и оборудования.

На внеплощадочные очистные сооружения направляют избыток осветленной воды после цеховой очистки и все сточные воды, не прошедшие цеховую очистку. Вне зависимости от применяемого оборудования сточная вода на общезаводских очистных сооружениях проходит стадии механической и биологической очистки, а также доочистку перед сбросом очищенных сточных вод в водоем или возврат в технологический процесс.

Для предотвращения забивания оборудования очистных сооружений используются различные средства, в том числе перемещающиеся сита, реечные рамы и пр.

Биологическая очистка используется для извлечения из сточных вод в основном растворенных органических загрязнений. Следует отметить, что биологическая очистка является одним из самых распространенных способов очистки воды, и используется при обезвреживании сточных вод не только предприятий ЦБП, но также нефтехимической, пищевой, микробиологической и других отраслей промышленности. Этот способ представляет наибольший практический интерес, так как основные проблемы получения качественного очищенного стока связаны именно с ним.

Биологическая очистка, основанная на способности микроорганизмов использовать в качестве источника питания загрязнения сточных вод, применяется преимущественно для удаления органических веществ, но биоокислению могут подвергаться и различные неорганические соединения - аммиак, нитриты, сероводород.

Частично в системах биологической очистки биоокисляются коллоидные и взвешенные вещества, но в основном они удаляются за счет физико химических процессов (адсорбции на активном иле или биопленке, флокуляции под действием биополимеров).

На биоматериале сорбируются также ионы тяжелых металлов и некоторые токсичные соединения. Все вышеперечисленное обусловливает незаменимость стадии биологической очистки в системе общезаводских очистных сооружений.

Активный ил представляет собой биоценоз микроорганизмов-минерализаторов. В состав ила входят различные физиологические группы бактерий, плесневые и дрожжевые грибы, а также простейшие, коловратки, черви. Все методы биологической очистки подразделяют на очистку в природных или искусственных условиях.

Биологическая очистка в искусственных условиях включает методы очистки с прикрепленной микрофлорой (биофильтры, биодиски) и системы с активным илом (аэротенки, аэрируемые пруды, анаэробные сбраживатели) как аэробные, так и анаэробные. В результате биологического окисления происходит минерализация сложных органических соединений до простых минеральных веществ.

Наиболее доступными и эффективными в инженерном плане явились методы интенсификации, основанные на увеличении биомассы активного ила. Эти методы внедрялись одновременно с решением проблемы разделения концентрированных иловых смесей или удержания биомассы в реакторах.

Бактерии, осуществляющие глубокое удаление трудно окисляемых органических веществ на сооружениях биологической очистки со свободно плавающим активным илом, часто не дают должного результата по причине вымывания из системы микроорганизмов, окисляющих эти вещества, но имеющих низкие скорости роста. Наиболее эффективным способом удержания в объеме реактора таких микроорганизмов является использование мембран.

Удержание микроорганизмов в реакционном объеме увеличивает продолжительность их пребывания в среде и позволяет поддерживать более высокую концентрацию биомассы в сооружении, что особенно важно при обработке сточных вод, содержащих трудно окисляемые органические соединения. Поэтому погружные мембраны представляют большой интерес с точки зрения разработки методов глубокой очистки сточных вод.

В ЦБП аэрируемые пруды применяются главным образом для доочистки, стабилизации качественных характеристик сточных вод и снижения в них концентрации специфических загрязнений (фенолов, сульфатного мыла, скипидара и др.) Пруды с естественной аэрацией малоэффективны и практически не используются. В низконагружаемых аэрируемых прудах доочистки, располагаемых после основных очистных сооружений (аэротенков), процесс биоокисления загрязнений осуществляется микроорганизмами активного ила, поступающими с водой. Продолжительность пребывания стоков в прудах доочистки составляет 1...3 суток.
Доочистка сточных вод может проводиться в высоконагружаемых аэрируемых прудах, после которых располагаются отстойники; осадок, образуемый в них, (активный ил) возвращается в пруд. За счет рециркуляции концентрация активного ила поддерживается на уровне 300 г/м3 , в результате чего скорость биоокисления остаточных загрязнений значительно выше, чем в низконагружаемых прудах, а эффективность доочистки по БПК5 достигает 90%. В качестве самостоятельных очистных сооружений пруды применяют для биологической очистки стоков бумажных и картонных фабрик.

Использование биофильтров в практике очистки воды в конце первой половины ХХ века было минимальным. Однако после появления полимерных материалов в качестве загрузки их применение расширилось.

В биофильтрах, представляющих собой очистные сооружения, сточная вода фильтруется через толщу загрузочного материала большой удельной поверхности, на которой адсорбируются микроорганизмы. Размножаясь, они образуют биопленку, в которой проникающие из сточных вод загрязнения подвергаются биоокислению. В зависимости от толщины биопленки и условий аэрации под аэробным слоем может образовываться анаэробный слой.
Глубина проникновения кислорода в биопленку, определяющая толщину аэробного слоя, обычно не превышает 0,1 мм. Толщина биопленки достигает иногда нескольких миллиметров, что приводит к нежелательному развитию анаэробных процессов и снижает эффективность и пропускную способность биофильтра (заиливание). Для интенсификации процесса используют принудительную аэрацию.

По виду загрузочного материала фильтры делят на два типа:
- с объемной загрузкой (щебень, шлак, гравий), обладающие невысокой производительностью и низкой эффективностью, как правило, менее 80% по БПК5 (в ЦБП не применяются);
- с плоскостной (пластмассовой) загрузкой, наиболее производительные, меньше подвержены заиливанию, обладают значительно большей удельной поверхностью (до 300 м 2 /м 3 ) для прикрепления микроорганизмов.

Окислительная мощность их возрастает с увеличением нагрузки по БПК5. При этом установлено, что при нагрузке ее от 8 кг/м 3 в сутки и выше окислительная мощность продолжает возрастать и достигает 10,7 кгО 2 /м 3 в сутки при нагрузке 21,2 кг/м 3 в сутки, а эффект очистки составляет примерно 90%.

Общий подход к выбору технологической схемы биологической очистки с определенной эффективностью очистки и конкретными исходными данными может быть выбран с использованием исходных данных общего характера.

Используя исходные данные общего характера, например БПК5, можно выбрать тип аэротенка и режим аэрации иловой смеси. Дальнейшая доработка схемы может быть уточнена по другим технологическим показателям.

Стандартные схемы биологической очистки позволяют выбрать базовую технологическую модель для конкретных условий очистки сточных вод проектируемого объекта.

Анаэробная очистка - это анаэробный (в отсутствии кислорода) двухстадийный процесс биохимического превращения органических веществ сточных вод в метан и диоксид углерода. На первой стадии под действием кислотообразующих бактерий органические вещества сбраживаются допростых органических кислот (уксусной, масляной и др.). На второй стадии эти кислоты служат источником питания метанобразующих бактерий. Анаэробная отчистка имеет ряд особенностей, ограничивающих ее применение.

Метановое сбраживание - основная и наиболее уязвимая стадия. Метановые бактерии очень чувствительны к изменению температуры, pH, окислительно-восстановительного потенциала среды и нагрузки по БПК5; их развитие ингибируется при сравнительно низких концентрациях в стоках катионов тяжелых металлов, сульфидов и фенолов. Требуется строгий контроль входных параметров сточных вод для поддержания в реакторе оптимальных условий: температуры – 30...35, pH = 6,8-7,2.

Аэробной очистке могут подвергаться только достаточно концентрированные сточные воды с БПК5 не менее 300...1000 г/м 3 .

Анаэробные реакторы конструировать сложнее, затраты на их строительство выше, чем на строительство аэротенков.

Вместе с тем анаэробная очистка часто оказывается экономически более выгодной, так как не требует затрат энергии на аэрацию сточных вод, которые в аэротенках определяют до половины эксплуатационных расходов на очистку стоков. Прирост анаэробной биомассы в несколько раз ниже, соответственно снижаются затраты на обработку избыточного ила. Образующийся биогаз содержит до 80% метана и может быть использован в качестве топлива, которого вполне достаточно для повышения температуры в реакторе до 30...35. Выше эффект очистки и по ХПК (до 75%).

Для стоков ЦБП максимальная эффективность анаэробных методов составляет до 90% по БПК5. Доочистку целесообразно проводить в аэротенках или аэрируемых прудах.

Более эффективным способом доочистки является использование мембранных технологий, которые достаточно широко внедряются в практику очистки воды.

Литература:
1. Ксенофонтов Б. С. Проблемы очистки сточных вод промышленных предприятий /Приложение к журналу «Безопасность Жизнедеятельности», №3/2011 С. 610.
2. Яковлев С. В., Воронов Ю. В. Водоотведение и очистка сточных вод. М.: ИАСВ, 2002.
3. Современные природоохранные технологии в электроэнергетике: Информационный сборник по ред. В. Я. Путилова. Изд. Дом МЭИ. 2007. С. 124149.
4. Очистка сточных вод целлюлозно-бумажного производства: учебн. пособие / Ф.Х. Хакимова. Пермь: Изд-во Пермского государственного технического университета, 2006. 90 с.
5. Киристаев А. В. Очистка сточных вод в мембранных биореакторах: диссертация; М.: НИИ ВОДГЕО, 2008.178 с.
6. Анализ методов очистки сточных вод лесопромышленного комплекса. Раковская Е.Г., Сулима А.П., Кудряшова О.А. Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). Том 21, №1, 2016 г.

Methods for cleaning wastewater generated at the enterprises of timber industry complex

The paper analyzes the methods of sewage treatment, which are produced at theenterprises of the timber industry and are used by local and vneploschadny mi cleaning systems.

Keywords: waste water, timber industry, local systems of watki, vneploschadnye cleaningsystems, mechanical treatment, biological treatment.

Rakovskaya Catherine Gennadevna, Ph.D., assistant professor, Saint-Petersburg State Forest Technical University.

Kudryashova Oksana Aleksandrovna, graduate student, Saint-Petersburg State Forest Technical University. the Department biotechnosphere security. 194021, Saint-Petersburg, Institutskiy lane, building 5, letter to W. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Журнал «Вода Magazine», №2 (126), 2018 г.