Л.В. Мисун, И.Н. Мисун, В.М. Грищук
Инженерная экология в АПК
пособие / под ред. проф. Л.В. Мисуна. – Мн.: БГАТУ, 2007. – 302с.

5. Защита атмосферы от загрязнения стационарными объектами АПК

5.10. Накопление и утилизация отходов

5.10.2. Осадки сточных вод

Осадки сточных вод, скапливающиеся на очистных сооружениях, представляют собой водные суспензии с объемной концентрацией полидисперсной твердой фазы от 0,5 до 10 %. Прежде чем направить осадки сточных вод на ликвидацию или утилизацию, их подвергают предварительной обработке.

Уплотнение осадков сточных вод является первичной стадией их обработки. Распространены гравитационный и флотационный методы уплотнения, осуществляющиеся в отстойниках – уплотнителях в установках напорной флотации. Применяется также центробежное уплотнение осадков в циклонах и центрифугах. Перспективно вибрационное уплотнение путем фильтрования осадка сточных вод через фильтрующие перегородки или с помощью погруженных в осадок вибраторов.

Стабилизация осадков используется для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества, что предотвращает загнивание осадков при длительном хранении на открытом воздухе (сушка на иловых площадках, использование в качестве сельскохозяйственных удобрений и т. п.)

Для стабилизации осадков промышленных сточных вод применяют в основном аэробную стабилизацию – длительное аэрирование осадков в сооружениях типа аэротенков, в результате чего происходит распад основной части биологически разлагаемых веществ, подверженных гниению. Период аэробной стабилизации при температуре 20  С составляет 8–11 сут., расход кислорода для стабилизации 1 кг органического вещества активного или – 0,7 кг. Используется данный метод для обработки осадков с расходом до 4200 м³/ч.

Кондиционирование осадков проводят для разрушения коллоидной структуры осадка органического происхождения и увеличения их водоотдачи при обезвоживании.

Обезвоживание осадков сточных вод предназначено для получения шлака с объемной концентрацией полидисперсной твердой фазы до 80 %. Осадки промышленных сточных вод обезвоживаются вакуум-фильтрованием на фильтр-прессах, центрифугированием и вибрационным фильтрованием. Обезвоживание термической сушкой применяется для осадков, содержащих сильно токсичные вещества, которые перед ликвидацией и утилизацией необходимо обеззараживать. Широкое внедрение процессов термической сушки ограничивается высокой стоимостью процесса очистки.

Ликвидация осадков сточных вод применяется в тех случаях, когда утилизация оказывается невозможной или экономически нерентабельной. Выбор метода ликвидации осадков определяется их составом, а также размещением и планировкой предприятия. Сжигание – один из наиболее распространенных методов ликвидации осадков сточных вод. Предварительно обезвоженные осадки органического происхождения имеют теплотворную способность 16 800–21 000 кДж/кг, что позволяет поддерживать процесс горения без использования дополнительных источников теплоты. Осадки сжигаются на станциях очистки сточных вод в циклонных печах, а также печах кипящего слоя.

К временным мероприятиям по ликвидации осадков относятся сброс жидких осадков в накопители и закачка в земляные пустоты.

При проектировании технологического процесса обработки осадков сточных вод следует иметь в виду не только проблемы их ликвидации и утилизации, но и уменьшение безвозвратных потерь воды в осадках, так как эти потери значительно снижают процент использования воды в оборотном цикле. Например, при очистке сточных вод от механических примесей в напорных гидроциклонах до 7 % воды безвозвратно теряется с осадком.

При проектировании и эксплуатации систем очистки сточных вод машиностроительных предприятий следует рассматривать не только использование осадков сточных вод, но и других продуктов, выделяемых в процессе очистки. Например, при очистке сточных вод от масел в отстойниках, гидроциклонах и т. д. скапливается большое количество маслопримесей, из которых после отстаивания их во вторичных отстойниках утилизируют чистое масло, используемое затем в технологических процессах.

Безотходная и малоотходная технологии. Радикальное решение проблем охраны окружающей среды от негативного воздействия производственных объектов возможно при широком применении безотходных и малоотходных технологий.

Использование очистных устройств и сооружений не позволяет полностью локализовать токсичные выбросы, а применение более совершенных систем очистки всегда сопровождается ростом затрат на осуществление процесса очистки. Так например, очистка сточных вод машиностроительного предприятия с эффективностью до 90 % обеспечивается сравнительно легко, на каждый последующий процент дает рост затрат, взмывающий вверх по экспоненциальной кривой. Стопроцентная очистка теоретически возможна, но практически неосуществима из-за громоздкости очистных сооружений и их колоссальной стоимости. Следовательно, нужно искать альтернативное решение, а именно: внедрять малоотходную и ресурсосберегающую технологию.

Термин «безотходная технология», впервые предложенный академиками Н.Н. Семеновым и И.В. Петряновым получил широкое распространение. Иногда вместо «малоотходной и безотходной технологии» применяется термин «чистая» или «более чистая технология».

В настоящее время используется следующая формулировка безотходной технологии: «Безотходная технология есть практическое применение знаний, методов и средств, с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование приходных ресурсов и энергии и защитить окружающую среду» [25]. Под безотходной технологией, безотходным производством, безотходной системой понимают не просто технологию или производство того или иного продукта (или продуктов), а принцип организации и функционирования производств, территориально-производственных комплексов в целом. При этом рационально используются все компоненты сырья и энергия в замкнутом цикле (первичные сырьевые ресурсы – производство – потребление – вторичные сырьевые ресурсы), т. е. не нарушается сложившееся экологическое равновесие в биосфере.

Малоотходная технология является промежуточной ступенью при создании безотходного производства. При малоотходном производстве вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарными органами, но по техническим, экономическим организационным или другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение.

Основой безотходных производств является комплексная переработка сырья с использованием всех его компонентов, поскольку отходы производства – это по тем или иным причинам неиспользованная или недоиспользованная часть сырья. Большое значение при этом приобретает разработка ресурсосберегающих технологий.

В условиях постоянно нарастающего дефицита природных ресурсов важную роль играет рациональное, комплексное и экономическое их использование, снижение металлоемкости и энергоемкости.

Такое производство включает и переработку отходов производства и потребления с получением товарной продукции или любое полезное их использование без нарушения экологического равновесия.

Таким образом, малоотходная и безотходная технология должны обеспечить:

—  комплексную переработку сырья с использованием всех его компонентов на базе создания новых безотходных процессов;

—  создание и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования;

—  переработку отходов производства и потребления с получением товарной продукции или любое полезное их использование без нарушения экологического равновесия;

—  использование замкнутых систем промышленного водоснабжения;

—  создание безотходных территориально-производственных комплексов и экономических регионов.

Известно много примеров экономии сырья, энергии в сочетании с оздоровлением окружающей среды в случае использования вторичных материальных ресурсов. Так, использование макулатуры при производстве тонны бумаги и картона экономит 4,5 м³ древесины, 200 м³ воды и в два раза снижает затраты электроэнергии. Для изготовления того же количества бумаги требуется 15–16 взрослых деревьев. При использовании 1 млн. т макулатуры можно сэкономить 4 млн. м³ первоклассной древесины [25].

Одним из видов технологических потерь на кузнечно-прессовых участках является угар металла, достигающий 5 % массы загружаемого в печь материала. Угар повышается с увеличением продолжительности нагрева, поэтому для сокращения потерь необходимо интенсифицировать процесс нагрева, устанавливая его оптимальный режим в соответствии с конструкцией нагревательного оборудования и формой заготовки.

Другим видом технологических потерь металла при его нагреве является окалина, возникающая в результате окисления поверхностного слоя металла. При пламенном нагреве потери металла от окалины составляют – 3 % массы заготовки. Особенно толстый слой окалины образуется при неравномерном нагреве. Эффективными способами борьбы с угаром и образованием окалины являются нагрев заготовки в защитной безокислительной среде, а также контактный и индукционный нагрев, позволяющий снизить потери металла до 0,5 % [25]. Для уменьшения образования окалины используется нагрев в нейтральной среде токами высокой частоты.

На термических участках целесообразно применять нагрев деталей в ваннах, что предотвращает окисление и обезуглероживание поверхностного слоя стальных деталей. При этом масляные ванные предпочтительнее свинцовых, загрязняющих атмосферу аэрозолем свинца. Заменив в нагревательной ванне минеральное масло расплавом селитры, можно снизить потребление и сброс нефтепродуктов.

При термической обработке металлов большой практический интерес представляют новые производственные методы, основанные на проведении процессов в замкнутых объемах с экономичным расходом исходных составляющих и без выделения продуктов реакции в окружающую среду.

Уменьшению загрязнения воздушного бассейна способствует совершенствование методов окраски машин. При обычном способе окраски распылением пневматическими краскораспылителями потери краски, загрязняющей воздух, составляют 40–60 %. Получивший широкое распространение способ окраски в электростатическом поле позволяет свести непроизводительные потери лакокрасочных материалов к минимуму, одновременно существенно повысив санитарно-гигиенические показатели процесса.

Другим направлением снижения вредного влияния процесса окраски на атмосферу является уменьшение токсичности применяемых материалов. Лакокрасочные материалы, содержащие органические растворители, заменяются водорастворимыми материалами.

Порошковая металлургия позволяет создавать материалы и изделия с особыми, часто уникальными составами, структурой и свойствами, а иногда вообще недостижимыми при других техпроцессах. Для сравнения отметим, что при металлообработке литья и проката часто теряется в стружках до 60–70 % металла.