«Обеспечить в новом пятилетии:
...разработку научных основ охраны, и преобразования природы в целях улучшения естественной среды, окружающей человека, и лучшего использования природных ресурсов.»
Из Директив XXIV съезда КПСС.
Рассказывает первый заместитель министра целлюлозно-бумажной промышленности СССР Н. ЧИСТЯКОВ.
Недавно принято постановление Центрального Комитета КПСС и Совета Министров СССР «О дополнительных мерах по обеспечению рационального использования, и сохранению природных богатств бассейна озера Байкал». Журнал, напечатав в предыдущем номере изложение этого очень важного документа, свидетельствующего о неустанной и планомерной заботе нашей партии, и правительства по сбережению и приумножению природных богатств Родины, сделал весьма полезное дело. Задача охраны природы, рачительного использования ее богатств - истинно всенародная. И чем шире к ней будет привлечено внимание общественности, тем успешнее удастся ее выполнить.
Одно из важнейших требований, без неукоснительного выполнения которого невозможно решить задачу сохранения природных богатств Байкала, - тщательная очистка промышленных стоков, поступающих в озеро, и в реки его бассейна. И это общее для всех требование в первую очередь относится, конечно, к предприятиям целлюлозно-бумажной промышленности, нуждающимся в огромных количествах высококачественной пресной воды.
В этой короткой беседе я расскажу об уникальных очистных сооружениях Байкальского целлюлозного завода (БЦЗ).
Если составить список веществ, которые служат сырьем современной промышленности, расположив эти вещества по важности получаемой из них конечной продукции, то целлюлоза окажется на весьма почетном месте. Ведь целлюлоза - это бумага, и картон, это искусственные волокна, это порох, это лаки, это пластмассы.
Природа создала несметные количества целлюлозы, сделав ее - клетчатку - главной составной частью оболочек растительных клеток. Древесина, например, практически наполовину состоит из целлюлозы. Но в чистом виде целлюлоза в природе не встречается, и, чтобы добыть этот ценный продукт, нужно разрушить химически весьма прочные клеточные связи.
Именно этим, и занимаются целлюлозные заводы, на которых в зависимости от используемых древесных пород и сорта производимой целлюлозы применяют соответствующую технологию. При ряде различий идея у всех этих способов одна перевести в раствор лигнин, и другие вещества (так называемые гемицеллюлозы), а целлюлозу, которая нерастворима в воде и весьма стойка к действию разбавленных кислот, и щелочей, отделить и затем довести до требуемой чистоты.
На БЦЗ, который выпускает целлюлозу, идущую для производства сверхпрочного автомобильного корда, варка древесины осуществляется по сульфатному способу. Измельченную древесину (щепу) подвергают предварительному водному гидролизу, затем ее варят под давлением, добавляя в котлы химикаты - смесь едкого натра, и сернистого натра. Лигнин переходит в раствор, а освободившуюся от него целлюлозу промывают, сортируют, отбеливают (различными соединениями хлора), а потом облагораживают (обрабатывая щелочами), чтобы довести ее чистоту до 95 - 96 процентов.
Для производства одной тонны кордной целлюлозы - за очень высокое качество ее еще называют «супер-супер» - надо перевести из древесины в раствор до двух тонн органических веществ, израсходовав на всех стадиях 435 - 600 кубометров свежей воды, большая часть которой уйдет в сток. Чтобы нагляднее представить себе, сколь велик такой расход воды, напомню, что одному жителю благоустроенного города ее хватит на все личные нужды в течение четырех-пяти лет.
Вскоре БЦЗ достигнет проектной мощности, и тогда он будет производить около 600 тонн кордной целлюлозы в сутки, забирая при этом из Байкала ежеминутно примерно 200 кубометров воды. И так непрерывно изо дня в день в течение многих, многих лет. Во, что же превращается вода, которая, выполнив свою миссию в цехах завода, должна вернуться в озеро?
Байкальский целлюлозный завод - первоклассное современное предприятие, на котором технологический процесс ведется таким образом, что 93 - 95 процентов органических веществ, перешедших в раствор, утилизируются в цехах, в частности из продуктов предгидролиза получают белковые кормовые дрожжи. Весьма велика на заводе, и степень регенерации химикатов. Кроме того, на тех стадиях технологического процесса, где это оказалось возможным, созданы свои «колечки» - замкнутые системы оборотного водоснабжения. Наконец, в цехах стоки подвергаются локальной механической очистке от попавших в раствор взвешенных частиц - мелкого волокна; в результате его остается не более 70 миллиграммов на литр.
Благодаря всем этим мерам в производственных стоках содержится лишь 5 - 7 процентов органических загрязнений. Казалось бы, не так уж и много. Но при относительно маленьком проценте загрязнений их абсолютные количества получаются весьма большими. Ведь за сутки в стоки уходит примерно 270 тысяч кубометров воды, в которых содержится около 70 тонн растворенных органических веществ (в основном лигнин, кислоты, смолы, различные углеводы), и около 18 тонн мелкого волокна (вот, как вырастают «миллиграммы на литр»!).
Эти темно-коричневые воды по степени загрязненности сравнимы со стоками города с миллионным населением. Если суточное количество таких неочищенных стоков сбросить в водоем, то содержащиеся в них легко окисляемые органические вещества могут полностью обескислородить несколько миллионов кубометров воды!
Совершенно ясно, что возвратить Байкалу воду, несущую серьезную угрозу всему живому, недопустимо. Ее надо тщательно очистить, доведя содержание примесей до установленных норм, и обесцветить. На Байкальском целлюлозном заводе в конце прошлого года было в основном завершено строительство целого комплекса уникальных очистных сооружений, которые гарантируют глубокую очистку воды. Как же устроены эти сооружения, и, как происходит очистка воды по технологии, принципиальная схема которой разработана Всесоюзным научно-исследовательским институтом целлюлозно-бумажной промышленности?
На 2 - 3-й стр. цветной вкладки нарисована принципиальная схема очистки сточных вод БЦЗ и схемы основных сооружений. Вместе со снимками, которые помещены на 2-й стр. обложки, и на 2 - 3-й стр. вкладки, схемы дадут общее представление о том, как очищаются стоки. Я же своим рассказом постараюсь дополнить эту картину, раскрыв, конечно, в самых общих чертах суть протекающих процессов и их результат. Чтобы представить себе, сколь грандиозен весь комплекс по очистке, скажу лишь, что он занимает территорию площадью в миллион квадратных метров, и на его строительство затрачено около 15 процентов всех капиталовложений в БЦЗ.
Теперь перейдем к самому процессу очистки.
Заводские стоки перекачиваются насосной станцией в усреднитель-преаэратор - железобетонный проточный резервуар, глубиной 5 метров и длиной 70 метров, разделенный перегородками на несколько коридоров шириной по 8 метров. Сюда автоматически добавляется столько щелочи или кислоты, чтобы воды стали нейтральными. Воздуходувная станция подает в резервуар воздух, который, выходя из дырчатых труб, расположенных у самого дна, тщательно' перемешивает стоки - усредняет состав, обогащает их кислородом. За время прохождения через преаэратор стоки освобождаются от летучих сернистых соединений - их выдувает воздух.
А что делать, если произойдут, какие-либо нарушения в технологии производства целлюлозы, и пойдут стоки, которые надо возвращать на очистные сооружения для повторной очистки, или в самом процессе очистки произойдут неполадки? Для этой цели на БЦЗ сделан аварийный накопитель, который рассчитан на восьмичасовой приток сточных вод.
Замечу, что в очистных сооружениях других наших заводов стоки перед поступлением в преаэраторы направляются в первичные отстойники. На БЦЗ их нет, так, как созданы эффективные системы внутрицеховой очистки от взвешенных частиц.
Подготовленные (усредненные) стоки идут на биологическую очистку в аэротенки - такие же сооружения, как усреднители. Сюда поступает активный ил (скопление микроорганизмов - бактерий, простейших и др.), который благодаря непрерывной подаче воздуха (10 - 15 кубометров на кубометр воды) обогащается кислородом, и тщательно перемешивается со сточными водами.
Для микроорганизмов сточные воды - отличная питательная среда. Они используют содержащиеся в стоках органические вещества для своей жизнедеятельности. Для усиления этой деятельности еще в преаэраторе в стоки добавляют питательные вещества - соли азота и фосфора.
В результате окислительных процессов, которые протекают под действием активного ила, и кислорода воздуха, происходит разрушение (минерализация) органических веществ. Одновременно увеличивается масса бактерий, количество активного ила.
Биологическая очистка сточных вод от легко окисляемых органических веществ заканчивается фактически, но вторичном отстойнике (он сохранил такое название, хотя, как я уже говорил, первичных отстойников нет).
Здесь активный ил оседает на дно, а вода сливается с лотков и уходит на дальнейшую очистку (путь стоков в основных очистных сооружениях, и некоторые их конструктивные особенности хорошо видны на рисунках цветной вкладки). Во вторичном отстойнике имеется илосос - устройство, отсасывающее активный ил со дна резервуара и возвращающее его (для всего этого построена специальная насосная станция) в систему аэротенков. Так, как количество активного ила все время растет, то, какую-то часть его необходимо периодически удалять. Для этого из аккумулятора часть ила направляется на уплотнители, затем его обрабатывают коагулянтами (хлорным железом, и известью), отфильтровывают и уже в сухом виде отгружают (пока еще частично) потребителям.
Насколько же чище стали сточные воды, пройдя биологическую очистку? Как оценить, и проконтролировать ее эффективность?
Чтобы ответить на эти вопросы, определяют такой важнейший показатель загрязненности воды органическими веществами, как биохимическое потребление кислорода - ВПК. Для этого берут пробу воды и устанавливают, сколько кислорода она поглотит для окисления загрязнений в течение 5 (ВПК5) или 20 суток (БПК20) при комнатной температуре.
Так вот, у сточных вод до очистки БПК5 бывает 100 - 150 миллиграммов на литр, и выше, а после биологической очистки примерно 10 - 15. Таким образом, на этой стадии очистки удается удалить из стоков около 90 процентов органических загрязнений.
Но и после такой очистки вода имеет темно-бурый цвет, так, как в ней еще остался лигнин, и другие трудно окисляемые соединения. Поэтому сточные воды подвергают химической очистке. Они проходят через смесители, где к ним добавляют реагенты - сернокислый алюминий с серной кислотой и полиакриламид, и направляются в отстойники химической очистки - резервуары глубиной около 6 метров и диаметром примерно 50 метров.
Сернокислый алюминий вызывает коагуляцию органических загрязнений, а полиакриламид действует, как флокулянт соединяет частицы в более крупные, опускающиеся в виде хлопьев на дно отстойника. В его дне сделаны отверстия, через которые вращающиеся скребки удаляют осадок - шлам-лигнин, а осветленная вода, сливаясь по системе лотков, попадает в трубопровод, и направляется на фильтровальную станцию.
Прежде чем прослеживать дальнейший путь очищаемой воды, надо несколько слов сказать о шламе, который получается после химической очистки.
Шлам этот - ценное химическое сырье, которое может найти применение в фанерной промышленности (для получения связующего), в резинотехнической промышленности (вместо сажи). И, естественно, решение проблемы промышленного использования таких отходов, как шлам, позволит существенно снизить стоимость очистки поды. Но в своем «первозданном» виде шлам потребителю не отгрузишь он содержит 99,6 процента воды. Его, ясно, надо обезводить, но сделать это очень трудно шлам забивает поры фильтрующей ткани да и отделяется от нее плохо. Поэтому пока шлам направляют в накопители. Сибирские морозы оказывают нам добрую услугу замораживание меняет структуру шлама, и после оттаивания он уменьшается в объеме примерно в 50 раз; отделяющаяся осветленная вода направляется в пруд-аэратор (на схеме это не показано), присоединяясь там к основному стоку.
За четыре года работы БЦЗ уже собралось более 15 тысяч тонн шлама, и каждые сутки будет прибавляться к ним по 50 - 60 тонн. В ближайшее время задача превращения шлама в сухой продукт, пригодный для отправки потребителю или для другой утилизации, должна быть решена.
Как видите, проблема очистки сточных вод оказывается весьма сложной, требующей решения многих задач, казалось бы, не имеющих к ней прямого отношения.
Вернемся теперь к рассмотрению процесса очистки воды. После химической очистки стоки из-за добавления к ним реагентов перестали быть нейтральными. Чтобы снова их сделать такими, в смесители к ним добавляют нужное для нейтрализации количество щелочи (каустическую соду).
На фильтровальной станции вода, просачиваясь через слои песка и градня (общей толщиной около двух метров), подвергается глубокой механической очистке задерживаются мельчайшие частицы лигнина и другие остатки взвешенных веществ. Стекающая вода попадает в дренажные трубы,1 которые направляют ее в пруды-аэраторы.'
Здесь происходит доочистка сточных вод благодаря усиленному снабжению их кислородом воздуха. Сейчас это достигается барботажным методом - воздух подается через перфорированные трубы. А в дальнейшем для этой цели будут установлены мощные механические поверхностные аэраторы - плавающие перемешивающие устройства, смонтированные на понтонах. При вращении турбинных мешалок увлекается атмосферный воздух, который, и распределяется по всему объему воды в зоне действия такого аэратора.
В результате пребывания в прудах-аэраторах величина БПК5 становится равной 3 - 6 миллиграммам на литр и при этом содержание кислорода в литре воды достигает такой же величины, и даже большей. Это очень существенно, так, как в самой воде образуется тот самый резерв кислорода, который необходим для окисления остаточных загрязнений. Значит, сточные воды не будут отнимать кислород у байкальской воды.
Итак, цикл очистки, который в общей)' сложности длится около суток, завершен.'
Вода находится в таком состоянии, когда она может без ущерба для жизни Байкала снова смешаться с его водами. Эту очищенную воду недаром называют «оживленной»
Сброс стоков в озеро осуществляется на глубине 40 метров, в 160 метрах от берега. Такова предпоследняя мера, цель которой - уменьшить концентрацию сбрасываемой воды в ограниченном прибрежном объеме. И, наконец, последняя мера сточные воды попадают в озеро через рассеивающий выпуск, который сразу обеспечивает более чем двадцатикратное их разбавление.
Приведу лишь несколько цифр для характеристики чистоты воды, возвращаемой озеру. Начну с цвета. Отличить на глаз по цвету воду возвращаемую и воду байкальскую трудно. Цветность байкальской воды по платинокобальтовой шкале равна 10 градусам, а возвращаемой неразбавленной - около 50 (по нормам допускается 100 градусов). Для сравнения скажу, что водопроводная вода имеет цветность примерно 20 - 30 градусов, а стоки БЦЗ до очистки - более 1000 градусов. Показатель БПК5 у байкальской воды 1,5 миллиграмма на литр; у возвращаемой - не более 6. Растворенного кислорода в озерной воде - 9 - 12 миллиграммов на литр, а у очищенных стоков (до разбавления) - 7 - 8 (по нормам для рыбохозяйственных водоемов этот показатель должен быть не менее 6 миллиграммов на литр). Словом, если, и дальше провести сравнение, то видно, что очистные сооружения БЦЗ обеспечивают высокое и притом стабильное качество сбрасываемых вод.
Создание уникальных очистных сооружений БЦЗ, которым нет равных по техническому уровню в мировой целлюлозно-бумажной промышленности, - это результат напряженного, творческого груда больших коллективов ученых, проектировщиков, строителей.
В заключение отмечу, что, как бы ни были хороши очистные сооружения БЦЗ, они будут совершенствоваться, и дальше. Опыт их эксплуатации, несомненно, поможет при проектировании других сооружений по очистке сточных вод (что, в частности, уже сделано при строительстве целлюлозно-картонного комбината, берущего воду из реки Селенги, притока Байкала).
Кроме того, надо максимально улучшать существующую технологию производства целлюлозы, разрабатывая способы, как можно более полной утилизации ценных отходов до подачи стоков на очистные сооружения. Но идеал у нас другой создать такую технологию производства, чтобы сточных вод практически вообще не получалось, а было бы замкнутое водоснабжение с минимальным потреблением свежей воды. Таков генеральный путь научно-технического прогресса в нашей индустрии. Для достижения этой очень сложной цели необходима большая совместная работа ученых и конструкторов многих областей знания.
Беседу записал С. КИПНИС.
