Актуальность работы. Современное природопользование развивается с применением ресурсосберегающих технологий, позволяющих не только максимально извлекать все имеющиеся в ресурсе компоненты, но и сводить к минимуму техногенную нагрузку на окружающую среду. Тем не менее к настоящему времени накоплено огромное количество различных отходов, которые следует рассматривать как техногенное сырье. Ежегодно в России образуется до семи миллиардов тонн отходов и лишь два из них используется как вторичное сырье, при этом отходы целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) составляют 15 %. Основную массу отходов, не утилизируемых в настоящее время, составляют осадки шлам-лигнина, образующиеся при биологической и физико-химической очистке сточных вод предприятий и складируемые в картах-шламонакопителях (КПП Г). На предприятиях Байкальского региона, расположенных в районах прибрежной зоны озера Байкал, Братского и Усть-Илимского водохранилищ, складировано более 30 млн. м3 осадка - многотоннажного экологического балласта, наносящего огромный ущерб окружающей среде региона.

С учетом особенностей режима природопользования в бассейне озера Байкал, определяемого необходимостью сохранения его уникальной экосистемы, что отражено в законе «Об охране озера Байкал» и декларации «Сохранение биоразнообразия экосистемы озера Байкал», развитие научных и практических основ экологических технологий комплексной переработки осадков карт-шламонакопителей является крайне актуальной задачей.

Данная работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Отходы», комплексной программой «Перепрофилирование Байкальского целлюлозно-бумажного комбината и решение связанных с этим социальных проблем г. Бай-кальска» (1997-2006 г.), а также госбюджетными и хоздоговорными НИР на кафедре «Обогащение полезных ископаемых и инженерной экологии» имени чл.-корр. РАН С.Б.Леонова Иркутского государственного технического университета и в межвузовской региональной аккредитованной лаборатории экологических исследований Иркутского государственного университета с 1983 по 2006 гг.

Объекты исследований: осадки карт-шламонакопителей, сбросы, выбросы, почвы, различные промышленные отходы и побочные продукты предприятий ОАО Байкальский ЦБК, ОАО Селенгинский ЦКК, ОАО Усть-Илимский лесопромышленный концерн, ОАО Братсккомплексхолдинг и предприятий других отраслей промышленности Байкальского региона, их технологии и антропогенное воздействие на окружающую среду.

Цель работы. Развитие научных и практических основ экологических технологий комплексной переработки многотоннажного техногенного сырья - осадков карт-шламонакопителей с рециркуляцией полезных компонентов (коагулянта — сернокислого алюминия - и сорбента - золы шлам-лигнина) и их использованием в ресурсосберегающих технологиях.

Диплом, курсовая и реферат самостоятельно — Реферун: http://www.referun.com/n/razvitie-nauchnyh-i-prakticheskih-osnov-ekologicheskih-tehnologiy-kompleksnoy-pererabotki-osadkov-kart-shlamonakopiteley#ixzz29uT9hUDt

Целлюлозно-бумажная промышленность является одной из самых водоемких отраслей народного хозяйства РФ, ежегодное потребление свежей воды в отрасли составляет около 2,1–2,0 млрд м3, или около 5 % общего водопотребления в промышленности России. Экономия свежей воды относительно невысока (69 %), поскольку вода используется в ряде технологических процессов как один из компонентов сырья. По объему сброса загрязненных сточных вод вклад отрасли значителен и оценивается на уровне 20 % общего объема сброса загрязненных сточных вод этой категории в целом по промышленности Российской Федерации (1184,77 млн м3 в 2005 г.). На долю деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной отрасли приходится почти 6 % сброса сточных вод в поверхностные водоемы. Главный источник образования загрязненных сточных вод в отрасли – производство целлюлозы, базирующееся на сульфатном и сульфитном способах варки древесины и отбелке полуфабриката с применением хлорпродуктов. Загрязненные сточные воды предприятий отрасли характеризуются наличием в них таких вредных веществ, как сульфаты, хлориды, нефтепродукты, фенолы, формальдегиды, метанол, фурфурол, диметилсульфид.

Промплощадка, очистные сооружения и полигон захоронения лигнина Байкальского целлюлозно-бумажного комбината являются объектами-загрязнителями подземных вод, разгружающихся в озеро Байкал. С целью локализации очага загрязнения с 2000 г. действует защитный водозабор из 8 водозаборных скважин с подачей 110-120 тыс. м3/сут. откачиваемой воды на очистные сооружения. Площадь очага загрязнения за период работы водозабора значительно сократилась, однако концентрация основных ингредиентов загрязнения (формальдегид, фенолы, алюминий, сульфатное мыло, окисляемость, цветность, ХПК) в пределах очага остается достаточно высокой (2,5–9 ПДК). Кроме химического загрязнения прослеживается ореол подземных вод с повышенной температурой. Напротив ореола термального загрязнения недр в марте 2005 г. в прибрежной полосе озера Байкал наблюдалась полынья протяженностью до 70 метров.

ОАО «Селенгинский ЦКК» расположен на левом берегу р.Селенги, в 50 км от озера Байкал, и был введен в эксплуатацию в 1973-1974 гг. Основная выпускаемая продукция комбината - целлюлоза, тарный картон, бумажные мешки. Побочная продукция -талловое масло, канифоль талловая, краски, лаки, олифа. Основными источниками загрязнения подземных вод являются промплощадка ЦКК, комплекс очистных (КОС), гидрозолоудалитель ТЭЦ (ГЗУ), шламонакопители I и II очереди. Районы, где расположены эти потенциальные источники загрязнения, сложены суглинком, супесью с прослоями песка. До августа 1990 г. сточные воды комбината сбрасывались в р.Селенгу, позднее был осуществлен проект оборотного водоснабжения и прекращен сброс сточных вод в реку. После биологической, химической и механической очистки жидкие стоки возвращаются в производство, а твердые - складируются в ГЗУ (скв.260, 261), илонакопитель, осадконакопитель КОС (скв.256, 256а, 257, 258) и шламонакопители I и II очереди (скв.250, 322, 191, 444, 193, 236, 404). Объем сточных вод в 2003 г. составил 2021,5 тыс.м3. Состав жидких сточных вод - сульфатный натриевый с минерализацией 368-510 мг/дм3. данные по качеству твердых отходов отсутствуют. Анализ результатов наблюдений прошлых лет , показывает, что в районе ГЗУ и КОС отмечается повышение содержания сульфатов и таллового масла. Подземные воды из гидрокарбонатных магниево-кальциевых превращаются в хлоридно-сульфатные натриево-кальциевые и кальциево-натриевые. В районе КОС повышена концентрация азотистых соединений Так, содержание аммония в воде скв.256 составило в 2003 г. 55 мг/дм3 (в 27,5раза выше ПДК), нитратов -93,6 мг/дм3 (2,8 ПДК). В районах шламонакопителей I и II очереди в скважинах, расположенных ниже по потоку грунтовых вод от источников загрязнения, наблюдается заметное уменьшение концентрации загрязняющих веществ. Это связывается, с одной стороны, с разбавлением загрязненных вод пресными грунтовыми водами террасовых отложений р.Селенги, водами левых притоков р.Селенги (рр. Вилейка, Чернуха) и инфильтрующимися атмосферными осадками. С другой стороны, возможной причиной может быть разложение и распад промышленных поллютантов ЦКК, но процесс этот не изучен. Сведений о содержании в грунтовых водах ранее наблюдавшихся специфических компонентов загрязнения от целлюлозно-картонного производства в материалах за 2003 год не приводится. В докладе «Состояние окружающей природной среды ... в Республике Бурятия в 2001 году» на Селенгинском ЦКК отмечался ареал загрязнения подземных вод талловым маслом и лигниновыми веществами на расстоянии 0,8-1,8 км от шламоотстойника II очереди. Загрязнение талловым маслом с концентрацией 0,9-3 мг/дм3 (9-30 ПДК) было установлено по всем из 8 опробованных в районе шламоотстойников скважин. Концентрация лигниновых веществ в подземных водах превышала ПДК в 3,6раза лишь по одной скважине (7,2 мг/дм3). В районе очистных сооружений отмечалось развитие хлоридно-сульфатных вод явно техногенного происхождения с минерализацией более 1 г/дм3, с постоянно высоким содержанием аммоний-иона (от 1,75 -2,6 мг/дм3 в 1992-1994 гг. до 5 мг/дм3 в 2001 г.). В течение всего периода наблюдений (1991-2001 гг.) концентрация таллового масла (таллоля) оставалась повышенной (от 1,2 до 5 ПДК). Действующая наблюдательная сеть на объектах ЦКК и частота наблюдений не позволяют достаточно четко проследить динамику изменения химического состава грунтовых вод от очагов загрязнения до ближайших и главной дрены -р.Селенга, не достаточно увязаны с наблюдательными постами на дренах и производственными циклами комбината, что, в конечном итоге, не позволяет оценить объем дренируемых р.Селенгой загрязняющих веществ. Опыт перехода на замкнутый цикл водоснабжения, осуществленный на Селенгинском ЦКК, должен быть во всех аспектах осознан при принятии окончательного решения о переводе Байкальского ЦБК на замкнутый цикл водоснабжения.

Промплощадка, очистные сооружения и полигон захоронения лигнина Байкальского целлюлозно-бумажного комбината являются объектами-загрязнителями подземных вод, разгружающихся в озеро Байкал. С целью локализации очага загрязнения с 2000 г. действует защитный водозабор из 8 водозаборных скважин с подачей 110-120 тыс. м3/сут. откачиваемой воды на очистные сооружения. Площадь очага загрязнения за период работы водозабора значительно сократилась, однако концентрация основных ингредиентов загрязнения (формальдегид, фенолы, алюминий, сульфатное мыло, окисляемость, цветность, ХПК) в пределах очага остается достаточно высокой (2,5–9 ПДК). Кроме химического загрязнения прослеживается ореол подземных вод с повышенной температурой. Напротив ореола термального загрязнения недр в марте 2005 г. в прибрежной полосе озера Байкал наблюдалась полынья протяженностью до 70 метров.

ОАО «Селенгинский ЦКК» расположен на левом берегу р.Селенги, в 50 км от озера Байкал, и был введен в эксплуатацию в 1973-1974 гг. Основная выпускаемая продукция комбината - целлюлоза, тарный картон, бумажные мешки. Побочная продукция -талловое масло, канифоль талловая, краски, лаки, олифа. Основными источниками загрязнения подземных вод являются промплощадка ЦКК, комплекс очистных (КОС), гидрозолоудалитель ТЭЦ (ГЗУ), шламонакопители I и II очереди. Районы, где расположены эти потенциальные источники загрязнения, сложены суглинком, супесью с прослоями песка. До августа 1990 г. сточные воды комбината сбрасывались в р.Селенгу, позднее был осуществлен проект оборотного водоснабжения и прекращен сброс сточных вод в реку. После биологической, химической и механической очистки жидкие стоки возвращаются в производство, а твердые - складируются в ГЗУ (скв.260, 261), илонакопитель, осадконакопитель КОС (скв.256, 256а, 257, 258) и шламонакопители I и II очереди (скв.250, 322, 191, 444, 193, 236, 404). Объем сточных вод в 2003 г. составил 2021,5 тыс.м3. Состав жидких сточных вод - сульфатный натриевый с минерализацией 368-510 мг/дм3. данные по качеству твердых отходов отсутствуют. Анализ результатов наблюдений прошлых лет , показывает, что в районе ГЗУ и КОС отмечается повышение содержания сульфатов и таллового масла. Подземные воды из гидрокарбонатных магниево-кальциевых превращаются в хлоридно-сульфатные натриево-кальциевые и кальциево-натриевые. В районе КОС повышена концентрация азотистых соединений Так, содержание аммония в воде скв.256 составило в 2003 г. 55 мг/дм3 (в 27,5раза выше ПДК), нитратов -93,6 мг/дм3 (2,8 ПДК). В районах шламонакопителей I и II очереди в скважинах, расположенных ниже по потоку грунтовых вод от источников загрязнения, наблюдается заметное уменьшение концентрации загрязняющих веществ. Это связывается, с одной стороны, с разбавлением загрязненных вод пресными грунтовыми водами террасовых отложений р.Селенги, водами левых притоков р.Селенги (рр. Вилейка, Чернуха) и инфильтрующимися атмосферными осадками. С другой стороны, возможной причиной может быть разложение и распад промышленных поллютантов ЦКК, но процесс этот не изучен. Сведений о содержании в грунтовых водах ранее наблюдавшихся специфических компонентов загрязнения от целлюлозно-картонного производства в материалах за 2003 год не приводится. В докладе «Состояние окружающей природной среды ... в Республике Бурятия в 2001 году» на Селенгинском ЦКК отмечался ареал загрязнения подземных вод талловым маслом и лигниновыми веществами на расстоянии 0,8-1,8 км от шламоотстойника II очереди. Загрязнение талловым маслом с концентрацией 0,9-3 мг/дм3 (9-30 ПДК) было установлено по всем из 8 опробованных в районе шламоотстойников скважин. Концентрация лигниновых веществ в подземных водах превышала ПДК в 3,6раза лишь по одной скважине (7,2 мг/дм3). В районе очистных сооружений отмечалось развитие хлоридно-сульфатных вод явно техногенного происхождения с минерализацией более 1 г/дм3, с постоянно высоким содержанием аммоний-иона (от 1,75 -2,6 мг/дм3 в 1992-1994 гг. до 5 мг/дм3 в 2001 г.). В течение всего периода наблюдений (1991-2001 гг.) концентрация таллового масла (таллоля) оставалась повышенной (от 1,2 до 5 ПДК). Действующая наблюдательная сеть на объектах ЦКК и частота наблюдений не позволяют достаточно четко проследить динамику изменения химического состава грунтовых вод от очагов загрязнения до ближайших и главной дрены -р.Селенга, не достаточно увязаны с наблюдательными постами на дренах и производственными циклами комбината, что, в конечном итоге, не позволяет оценить объем дренируемых р.Селенгой загрязняющих веществ. Опыт перехода на замкнутый цикл водоснабжения, осуществленный на Селенгинском ЦКК, должен быть во всех аспектах осознан при принятии окончательного решения о переводе Байкальского ЦБК на замкнутый цикл водоснабжения.

Методы обработки сточных вод:

1. Механические - отстаивание; - очистка в гидроциклонах; - центрифугирование; - фильтрация; - микрофильтрация. Механическая очистка применяется для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных и органических примесей. Как правило, она является методом предварительной очистки и предназначена для подготовки сточных вод к биологическим или физико-химическим методам очистки. В результате механической очистки обеспечивается снижение взвешенных веществ до 90 %, а органических веществ до 20 %.

2. Химические - окисление; - восстановление; - нейтрализация; - осаждение; - комплексообразование. Химическая очистка применяется в тех случаях, когда выделение загрязнений из сточных вод возможно только в результате химических реакций между этими загрязнениями и вводимыми в очищаемые воды реагентами. Очистка основана на использовании окислительно-восстановительных процессов, при которых происходит химическое окисление и восстановление веществ, загрязняющих сточные воды.  В результате окислительно-восстановительных процессов загрязнения переводятся в новые безвредные соединения, частично выпадающие в осадок или выделяющиеся в виде газов.  3. Физико-химические - флокуляция, коагуляция; - флотация, электрофлотация; - ионообмен, сорбция; - экстракция; - дистилляция, вымораживание; - электро-, гальванокоагуляция; - мембранный электролиз; - электролиз; - ультра-, нанофильтрация. 4. Физические - магнитная обработка; - ультразвуковая обработка; - вибрация; - электромагнитная обработка; - ионизирующее облучение.

5. Биохимические - аэробные биотехнологии; - анаэробные биотехнологии; - аэротенки; - биофильтры; - биокомплексы. Эти методы предназначены для выделения тонкодисперсных и растворенных органических веществ. Они основаны на способности микроорганизмов использовать для питания содержащиеся в сточных водах органические вещества (спирты, белки, углеводы и т. п.). 

Механический метод. Отстаивание и фильтрация, схема очистки сточных вод помогают удалить механические примеси. Различного размера решетками и ситами улавливаются грубодисперсные частицы, а от поверхностных загрязнений помогают избавиться нефтеловушки, бензомаслоуловители и отстойники. Этот метод позволяет избавиться от 60-75% нерастворимых примесей в бытовых сточных водах. Для промышленных стоков этот процент вырастает до 95%.

Биологический метод основан на биохимическом и физиологическом самоочищении водоемов. Существуют несколько типов устройств по биологической очистке: биофильтры, аэротенки биологические пруды.

Сточные воды сначала подвергаются механической очистке, затем – химической, а уже после – биологической. 

Биологический метод очень полезен, если его применять для очистки коммунально-бытовых стоков. Также он наиболее эффективен, если нефтеперерабатывающая, целлюлозно-бумажная промышленность, или производство искусственного волокна стали причиной появления сточных вод.

При химическом методе в сточные воды добавляются разнообразные химические реагенты, активно вступающие в реакцию с загрязнителями и осаждающие тех в виде нерастворимых осадков. Благодаря химическому методу очистки количество нерастворимых примесей уменьшается на 95%, растворимых же - на 25%.

Физико-химический метод обработки позволяет произвести удаление из сточных вод   тонко-дисперсных и растворенных неорганических примесей и разрушение органических и плохо окисляемых веществ. Наиболее распространено из физико-химических методов применение коагуляции, окисления, сорбции, экстракции и т.д. Также очень часто применяется электролиз.

Он разрушает органические вещества в сточных водах и извлекает металлы, кислоты и другие неорганические вещества. Электролитическая очистка происходит в специальных сооружениях - электролизерах. Эликтролиз, как метод очистки сточных вод, эффективен на предприятиях (свинцовых и медных), а также в лакокрасочной промышленности и некоторых других отраслях.

Также для очищения сточных вод применяется ультразвук, озон, ионообменные смолы и высокое давление, хлорирование.

2. Характеристика общих методов очистки сточных вод

2.1 Механическая очистка сточных вод

Промышленные сточные воды часто содержат загрязнения, которые образуют гетерогенные системы с различной степенью дисперсности загрязняющих веществ - взвеси, частицы дисперсной фазы которых образованы нерастворимыми в воде твердыми веществами. Для удаления таких частиц из воды используют процессы процеживания, отстаивания, фильтрования, которые составляют сущность методов механической очистки промышленных сточных вод. Механическую очистку как самостоятельный метод применяют в тех случаях, когда получаемую очищенную воду можно использовать в производстве или спускать в природные водоемы. Во всех других случаях механическая очистка служит предварительной стадией перед другими видами очистки сточных вод.

Процеживание представляет собой процесс пропускания загрязненной сточной воды через решетки и сита с целью улавливания крупных примесей. Неподвижная решетка выполняется в виде металлической рамы, внутри которой устанавливается ряд параллельных стержней. Решетку ставят на пути движения сточных вод под углом 60 - 75^О. Вода со скоростью 0,8 - 1,0 м/с проходит между стержнями решетки, крупные загрязнения задерживаются на решетке и затем снимаются специальными механическими устройствами. Полученные твердые отходы подлежат дальнейшей переработке. Один из способов их утилизации - обезвоживание на механическом прессе с последующим сжиганием с примесью дешевого топлива. Для удаления взвешенных частиц с размерами порядка 0,5 - 1 мм применяют сита (барабанные и дисковые). Частицы задерживаются на поверхности сита, затем смываются с нее водой и отводятся в специальный желоб.

Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей и выделения всплывающих примесей. Песколовки, отстойники, осветлители - аппараты для осаждения грубодисперсных примесей.

Песколовки предназначены для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей, главным образом песка, с крупностью частиц 0,2 - 0,25 мм. Их устанавливают перед отстойниками. Работа песколовок основана на использовании гравитационных сил. Рассчитываются песколовки таким образом, чтобы в них выпадали тяжелые минеральные частицы, но не выпадал легкий осадок органического происхождения.

Отстойники представляют собой сооружения, в которых из большого объема сточной воды осаждаются или всплывают грубодисперсные примеси. В зависимости от назначения отстойников в технологической схеме очистной станции они делятся на первичные и вторичные. Первичными называют отстойники перед сооружениями для биохимической очистки сточных вод, вторичными - отстойники, используемые для осветления сточных вод, прошедших биохимическую очистку.

Осветлители применяются для очистки природных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют осветлители со взвешенным слоем осадка, через который пропускается вода, предварительно обработанная коагулянтом.

Нефтеловушки и жироловушки. Для выделения из сточных вод всплывающих примесей - нефти, масел, жиров в промышленности используют нефтеловушки и жироловушки. По сути, эти приспособления являются также отстойниками, но примеси здесь концентрируются на поверхности водного зеркала, собираются и удаляются из верхней части такого отстойника.

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ. Основной конструкционный элемент очистных установок - фильтр, представляющий собой пористую перегородку, проницаемую для воды, но задерживающую частицы дисперсной фазы. В качестве фильтров используют металлические перфорированные листы и сетки из коррозионно-стойкой стали или других металлов и сплавов, ткани, керамику. Роль пористой перегородки (фильтра) может выполнять слой зернистого материала - песка, гравия, кокса и др. Материал фильтра должен быть устойчив к воздействию очищаемой воды, термически стоек, механически прочен.