ПДК сточных вод

Обоснованность и необоснованность применения различных перечней ПДК для сточных вод гальванического производства

ГК "ТрансЭкоПроект" и РХТУ им. Д.И. Менделеева - Проектирование и строительство очистных сооружений

В последние годы в России наблюдается некоторый рост промышленного производства, который, с одной стороны, приводит к оживлению гальванического производства, но, с другой сдерживается его высокой экологической опасностью. Уменьшению экологической опасности гальванического производства должны служить очистные сооружения предприятий. Однако, помимо объективных причин (устаревшие технологии очистки, плохое состояние оборудования и т.п.) существуют субъективные причины неэффективности природоохранных мероприятий, главными из которых являются необоснованное применение различных перечней ПДК и необоснованное региональное нормотворчество.

Исходя из различия в целях водопотребления и в требованиях разных потребителей воды к качеству водоемов, существуют как гигиенические, так и экологические нормативы для одних и тех же химических загрязнителей воды.

Гигиенические ПДК - максимальные концентрации веществ, при которых они еще не оказывают прямого или опосредованного влияния на состояние здоровья населения (при воздействии на организм человека в течение всей жизни), а гигиенические условия водопользования при этом не ухудшаются. Гигиенические нормативы регламентируют содержание загрязняющих веществ только в тех водоемах, которые используются для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых целей, включая рекреационное водопользование, и не на всем протяжении водоема или в местах выпуска сточных вод, а только у пунктов водопользования населения, ближайших от выпуска стоков. Различают две категории хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования: к первой категории относится использование водного объекта в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий питьевой промышленности; ко второй категории – использование водных объектов для культурно-бытовых целей населения, рекреации и спорта [1].

Появление новых источников загрязнения и расширение их географии привели к развитию самостоятельной системы рыбохозяйственных (экологических) ПДК, направленных на охрану водоемов как базы для организованного рыбоводства и рыболовства. Различают две категории рыбохозяйственного водопользования: к первой категории относится использование водного объекта для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к кислороду; ко второй – использование водного объекта для промысловой добычи рыбы и других водных животных и растений [2].

Если водоем используется для рыбохозяйственных целей и водоснабжения населения, ориентируются на наиболее жесткий норматив.

При отнесении водного объекта к определенной категории органы Госкомрыболовства руководствуются постановлением Совета Министров СССР № 1045 от 15.09.1958 г., по которому: "Все водоемы и их придаточные воды, которые используются или могут быть использованы для промысловой добычи рыбы и других водных животных и растений или имеют значение для воспроизводства запасов промысловых рыб, считаются рыбохозяйственными водоемами". Таким образом, в соответствии с таким неоправданно расширительным определением все поверхностные водоемы такой огромной страны, как Россия, отнесены к водоемам рыбохозяйственного пользования [3], то есть как бы предполагается, что во всех поверхностных водоемах России сохраняются и воспроизводятся ценные виды рыб, обладающих высокой чувствительностью к кислороду, или они используются для промысловой добычи рыбы и других водных животных и растений. Получается, что во всех случаях поверхностная вода должна контролироваться по ПДК для рыбохозяйственных водоемов (ПДК РХ).

Кроме того, так как практически все выпуски сточных вод расположены в черте населенного пункта, то в соответствии с правилами и нормами охраны поверхностных вод [1] нормативы предельной загрязненности водных объектов распространяются на сами сбрасываемые воды, то есть не учитывается разбавление стоков в воде водоема и ассимилирующая способность водоемов. Таким образом, к качеству стоков, сбрасываемых в водные объекты, повсеместно применяются требования перечня ПДК РХ.

Мало того, такие требования предъявляются не только к городским стокам, сбрасываемым в водные объекты, но и к стокам, поступающим в городскую канализацию от предприятий. Тем самым, не только не учитывается разбавление промышленных сточных вод городскими бытовыми стоками, но и перекладывается неэффективность работы городских станций очистки на плечи предприятий. Это необоснованно и излишне ужесточает требования к качеству сточных вод предприятий и загоняет их в тупик из-за заведомо невозможного достижения таких ПДК с помощью типовых технологий очистки сточных вод гальванического производства.

Обоснуем это утверждение.

Практически на всех станциях очистки сточных вод гальванического производства применяется реагентный метод. Главными загрязнителями таких стоков являются ионы тяжелых металлов. Остаточная концентрация ионов тяжелых металлов, как рассчитанная из произведения растворимости соответствующих гидроксидов, так и наблюдаемая на практике, представлена в Таблице 1.

Таблица 1. Эффективность реагентного метода очистки сточных вод от тяжелых металлов

* - данные по Cr⁶⁺ не приводятся, т.к. на стадии обезвреживания хромсодержащих стоков реакция химического восстановления Cr⁶⁺ до Cr³⁺ протекает полностью.

Рис. 1. Схема применения различных перечней ПДК в сточных водах

Следовательно, на всем протяжении хозяйственно-бытовой канализации любого города имеются три точки, в которых к сточным водам должны применяться различные перечни ПДК (Рис. 1), как это делается в г. Москве (описано ниже):

• 1 – на выходе с предприятия – предельная концентрация вредных веществ в сточных водах, принимаемых в систему городской канализации;

• 2 – перед поступлением на городские станции биологической очистки – допустимая концентрация вредных веществ в сточных водах, принимаемых на биологическую очистку;

• 3 – в створе сброса сточных вод в природный водоем в соответствии с его категорией – либо ПДК вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения, либо ПДК в воде водных объектов рыбохозяйственного назначения (ПДК РХ).

Рассмотрим применение различных перечней ПДК тяжелых металлов в сточных водах на примере г. Москвы (Рис. 2).

Рис. 2. Схема изменения концентрации ионов тяжелых металлов в сточных водах от гальванического цеха до водного объекта
(Q – объем сточных вод)

На предприятии сточные воды гальванического производства (Q₁), содержащие ионы тяжелых металлов, подвергаются реагентной очистке на станции нейтрализации, в результате чего концентрация ионов тяжелых металлов достигает значений, указанных в Таблица.1. После очистки сточные воды гальванического производства (Q₁) подвергаются разбавлению хозяйственно-бытовыми стоками (Q₂) от административных, хозяйственно-бытовых и других подразделений предприятия, не загрязняющих стоки ионами тяжелых металлов. Как правило, объем водопотребления (водоотведения) гальванического производства составляет порядка 25% от общего водопотребления (водоотведения) предприятия (Q₃). Следовательно, концентрация ионов тяжелых металлов на выходе с предприятия в 4 раза ниже их концентрации в гальванических стоках, прошедших очистные сооружения. При нормальной (проектной) эффективности работы очистных сооружений реальная концентрация тяжелых металлов в хозяйственно-бытовой канализации на выходе с предприятия (Q₃) составит: Fe²⁺ 0,075-0,250 мг/л, Fe³⁺ 0,075-0,125 мг/л, (Feобщ. 0,150-0,375 мг/л), Cr³⁺ 0,013-0,025 мг/л, Cu²⁺ 0,025-0,038 мг/л, Ni²⁺ 0,063-0,188 мг/л, Zn²⁺ 0,013-0,025 мг/л, Cd²⁺ 0,625 мг/л, Al³⁺ 0,025-0,125 мг/л.

Согласно «Правилам приема производственных сточных вод в московскую городскую канализацию (временным)» № 127, утвержденным решением исполкома Моссовета от 20 января 1984 г., Мосводоканал устанавливает следующие предельные концентрации тяжелых металлов в сточных водах, принимаемых в систему городской канализации (на Рис.2 ПДК МВК),: Feобщ. 3,0 мг/л; Cr³⁺ 1,0 мг/л; Cu²⁺ 0,5 мг/л; Ni²⁺ 0,5 мг/л; Zn²⁺ 2,0 мг/л; Cd²⁺ 0,01 мг/л; Al³⁺ 1,0 мг/л.

Таким образом, в г. Москве сточные воды, поступающие с предприятий в городскую хозяйственно-бытовую канализацию при нормальной (проектной) эффективности работы очистных сооружений по очистке сточных вод гальванического производства, удовлетворяют требованиям ПДК (за исключением кадмия), устанавливаемым Мосводоканалом. Снижение концентрации кадмия в сточных водах предприятий в г. Москве достигается за счет ограничения применения кадмирования согласно постановлению Правительства Москвы № 893 от 05.11.96 г.

В городской хозяйственно-бытовой канализации сточные воды предприятий (Q₃) смешиваются с бытовыми стоками от жилищного фонда города (Q₄), в которых возможные концентрации тяжелых металлов составляют следующие величины: Feобщ. 1-2 мг/л; Cr³⁺ 0 мг/л; Cu²⁺ 0,01-0,03 мг/л; Ni²⁺ 0 мг/л; Zn²⁺ 0,02-0,3 мг/л; Cd²⁺ 0 мг/л; Al³⁺ 0,5 мг/л [4]. При условии, что суточный объем производственных сточных вод максимально может достигать 50% от общего расхода сточных вод города, концентрация тяжелых металлов в смешанных стоках составляет не более: Feобщ. – 0,575-1,188 мг/л; Cr³⁺ – 0,007-0,013 мг/л; Cu²⁺ – 0,018-0,034 мг/л; Ni²⁺ – 0,032-0,094 мг/л; Zn²⁺ – 0,017-0,163 мг/л; Cd²⁺ – 0,313 мг/л; Al³⁺ – 0,253-0,313 мг/л.

Смешанные стоки (Q5) с такой концентрацией тяжелых металлов направляются на городские станции биологической очистки. Согласно "Правилам приема производственных вод в системы канализации населенных пунктов" [4] допустимая концентрация тяжелых металлов в сточных водах, принимаемых на биологическую очистку, составляет: Feобщ. 5,0 мг/л; Cr³⁺ 2,5 мг/л; Cu²⁺ 0,5 мг/л; Ni²⁺ 0,5 мг/л; Zn²⁺ 1,0 мг/л; Cd²⁺ 0,1 мг/л; Al³⁺ 0,75 мг/л. Таким образом, в г. Москве городские сточные воды, получаемые от смешения производственных и бытовых стоков, удовлетворяют перечню допустимых концентраций тяжелых металлов (кроме кадмия) для биологической очистки.

Практика показала, что в процессе биологической очистки стоков происходит значительное снижение концентрации ионов тяжелых металлов (на 40-80 %) за счет их адсорбции активным илом. Но даже без учета этого городские стоки (Q₅), содержащие промышленные и бытовые сточные воды, по концентрации ионов тяжелых металлов удовлетворяют требованиям перечня ПДК вредных веществ (кроме железа и кадмия) в воде хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения. Превышение содержания железа в стоках над ПДК культурно-бытового назначения определяется подавляющим вкладом в это превышение загрязненности железом бытовых стоков.

Применение к городским сточным водам требований перечня ПДК культурно-бытового назначения имеет логическую правоту, основанную на тезисе: «стоки должны контролироваться по такому же перечню ПДК, по какому контролируется вода, поступающая на предприятия и в жилой сектор». Тем более, что ПДК ИТМ в питьевой воде (ПДКпит.) практически совпадает с их ПДК в воде хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения

С учетом того, что ни Москва-река, ни Яуза, ни другие речки г. Москвы при всем желании нельзя отнести к водоемам рыбохозяйственного назначения, требования правил и норм охраны поверхностных вод [1] от загрязнений сточными водами гальванического производства в г. Москве вполне достижимы. Для этого необходимо обеспечить нормальную работу станций нейтрализации. Если объем гальванических стоков превышает 25 % от общего объема водопотребления предприятия, то для выполнения указанных требований необходимо в гальванических цехах сократить расход воды на промывку и/или внедрить локальные установки очистки промывных вод.

Однако, к стокам, сбрасываемым в водные объекты, и даже к стокам предприятий, поступающим в городскую канализацию, повсеместно применяют требования перечня ПДК для рыбохозяйственных водоемов, что фактически делает невозможным сбрасывать питьевую воду в сточные воды без очистки. Абсурдность требований очищать сточные воды предприятий до чистоты более глубокой, чем чистота питьевой воды, вряд ли может вызвать сомнения. Однако сегодня все требования к предприятиям по чистоте стоков фактически (хотя и в несколько завуалированной форме) сводятся к тому, чтобы стоки были значительно чище, чем вода, поступающая на предприятие. Еще одним важнейшим контраргументом применения ПДК для рыбохозяйственных водоемов к сточным водам предприятий является практическая невозможность достижения такой чистоты стоков ни одним из известных методов. "Практическая" в том смысле, что применение многих методов доочистки стоков делает функционирование промышленных предприятий экономически неоправданным. Таким образом, сам факт наличия гальванического производства в составе предприятия делает его нарушителем природоохранного законодательства.

Такое положение усугубляется волюнтаристским региональным нормотворчеством. Во многих регионах устанавливаются требования к сточной воде предприятий гораздо более жесткие, чем даже ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения. Например, в соответствии с положением «Инструкции по нормированию выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в атмосферу и в водные объекты», утвержденной заместителем председателя Госкомприроды СССР 11 сентября 1989 г., если фактический сброс веществ со сточными водами меньше расчетного предельно допустимого сброса (ПДС), то в качестве ПДС принимается фактический сброс (п. 3.4). Данное положение региональными природоохранными органами трактуется прямолинейно, без учета главного назначения установления нормативов ПДС – недопустимости превышения ПДК, установленных нормативными документами федерального уровня, или в случае их превышения под влиянием природных факторов сохранения (не ухудшения) состава и свойств воды природного водоема. Поэтому региональные органы и позволяют себе устанавливать для стоков предприятий нормы качества на уровне практически чистой воды, например, если во время отбора проб на предприятии по какой-либо причине (простой производства, ремонт оборудования и т.п.) не образовывались загрязненные стоки. Подобные действия региональных природоохранных органов по установлению ПДС, том числе и по принципу «от достигнутого уровня» (например, в результате повышения эффективности работы очистных сооружений), отрицательно влияют на заинтересованность предприятий в улучшении качества очистки сточных вод.

Региональная самодеятельность в установлении норм качества сточных вод зачастую доходит до абсурда. Так, например, в г. Калуге ПДК цинка в стоках, направляемых в хозяйственно-бытовую канализацию, в 3 раза меньше, чем ПДК цинка в стоках ливневой канализации. И это с учетом того, что ливневые стоки сбрасываются непосредственно в реку Ока, а хозяйственно-бытовые стоки перед сбросом в природный водоем разбавляются бытовыми стоками от городской жилой застройки и проходят очистку на городских очистных сооружениях.

Для примера в табл.2 приведены сравнительные данные по ПДК ионов тяжелых металлов в стоках, сбрасываемых предприятиями в городскую канализацию, применяемые в различных странах и городах.

Из представленной таблицы видно, что не только наши вышеописанные соображения, но и практика других стран показывают крайнюю необоснованную жесткость требований, предъявляемых к качеству сточных вод российских предприятий. И это при том, что, несмотря на в тысячи раз менее жесткие требования в Европе и в США (Таблица. 2), в последние десятилетия произошло возрождение реки Рейн и резкое снижение загрязненности Великий Американских озер, где уже разрешен промысловый лов рыбы, а в нашей стране даже с учетом падения объемов промышленного производства не произошло значимых подвижек в улучшении состояния водных ресурсов.

Таблица 2. ПДК тяжелых металлов в стоках, сбрасываемых предприятиями в городскую канализацию, применяемые в различных странах и городах

Следовательно, дело не в самом снижении ПДК в промышленных стоках, а в различном подходе к сохранению качества окружающей среды. В большинстве индустриально развитых стран предприятию-водопользователю установлены такие нормативы качества сточных вод, которые он может выполнить на имеющихся сооружениях очистки стоков, причем эти нормативы для всех сооружений определенных типов и мощности – единые. Следовательно, установленные нормативы вполне достижимы и направлены на то, чтобы заставить всех (без исключения) водопользователей не превышать установленные нормы и нести ответственность за их нарушения. Кроме того, при реализации на очистных сооружениях более эффективных технологий очистки предприятие подпадают под действие поощрительных мер и налоговых льгот, что превращает предприятие в лицо, заинтересованное в природоохранных мероприятиях.

Принципиальная невозможность выполнения нормативных требований к качеству сточных вод в регионах РФ даже при реализации самых современных технологий очистки превращает практически 100% предприятий в нарушителей природного законодательства и полностью лишает их стимула добиваться улучшения экологической ситуации. Необоснованно жесткие и невыполнимые требования, несправедливые плата за загрязнение, штрафы и санкции ставят предприятия на грань банкротства.

Все это говорит о том, что необходимо существенно изменить систему управления качеством вод и водными ресурсами на федеральном и региональном уровнях, а также водное законодательство. Этот вопрос неоднократно поднимался в печати, в том числе на страницах журналов «Водоснабжение и санитарная техника» [3, 5] и «Гальванотехника и обработка поверхности» [6].

Авторы статьи:

• Кудрявцев Владимир Николаевич - д-р хим. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ

• Виноградов Сергей Станиславович - д-р техн. наук, профессор, в.н.с. ОАО «Импульс»

Литература:

• 1. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения, № 4630-88.

• 2. Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек.: Учебн. пособие для студентов вузов. – М.: Высш. школа, 1980. – 424 с.

• 3. Гюнтер Л.И., Жмур Н.С. Водоснабжение и санитарная техника. - 1999. -№ 12. -С. 5-9

• 4. Правила приема производственных вод в системы канализации населенных пунктов. – М.: МЖКХ РСФСР, 1987. 104 с.

• 5. Нечаев А.П. Водоснабжение и санитарная техника. - 1999. -№ 1. -С. 2-6.

• 6. Иванов А.Г. Гальванотехника и обработка поверхности. - 2001. -1, №1. -С..50-51

Специалисты Технопарка РХТУ им. Д.И. Менделеева также рекомендуют к прочтению статьи:

• О возможности уменьшения выставленных штрафов за превышение ПДК

• Как медь стала дороже золота

ПДК вредных веществ

Химическое потребление кислорода ХПК

Биологическое потребление кислорода БПК

Новые технологии очистки воды

       Специалистами Технопарка разработан ряд локальных очистных сооружений, базирующихся на современных инновационных методах очистки сточных вод, таких как мембранные технологии (ультрафильтрации, нанофильтрация и обратный осмос) и электрохимических методах (электрофлотаторы, электрокорректоры pH, электродиализ), позволяющих очищать стоки без добавления химических реагентов, что благоприятно сказывается на снижении общего солесодержания в очищенной воде. Сочетание данных технологий очистки сточных вод позволяет организовать на предприятии систему оборотного водоснабжения с возвратом в цикл до 90%, а в некоторых случаях до 95% воды. Таким образом, технология мембранного концентрирования стоков в сочетании с последующей электрохимической очисткой концентрата и получением обезвоженного осадка на фильтр прессе рамного типа является полноценным аналогом технологии выпаривания сточных вод, при более низких капитальных затратах на оборудование и эксплуатационных затратах сниженных во 70-100 раз!

       Рассмотрим предлагаемые нами технологии на примере очистки сточных вод гальванического производства. Основными загрязнителями в данном случае являются ионы тяжелых металлов (в особенности меди, никеля, цинка, хрома III и хрома VI), а также молекулы органических веществ (ПАВ и нефтепродуктов). На первой стадии процесса очистки производится усреднение сточных вод и гомогенизация их состава в накопительной емкости, затем в процессе микрофильтрации и ультрафильтрации удаляются органические вещества массой более 200, после чего стоки под высоким давлением подаются на мембранную установку обратного осмоса многоступенчатого концентрирования. В результате мы получаем два потока: очищенную воду 90%, соответствующую ГОСТ 9.314-90 вода 3-й категории для гальванического производства, которая направляется на операции промывки в гальванический цех, и концентрат 10%, который направляется на электрохимическую доочистку (либо на выпарную установку по желанию Заказчика). В процессе электрохимической очистки концентрированного стока производится коррекция pH, необходимая для образования гидроксидов тяжелых металлов, и флотация взвеси данных гидроксидов и гидроксифосфатов в электрофлотаторе. Образующийся шлам поступает на фильтр пресс, где обезвоживается, после чего может быть сдан на утилизацию в региональную фирму, занимающуюся захоронением твердых отходов производства. Очищенная вода после электрофлотатора проходит под давлением через каскад фильтров тонкой очистки и сбрасывается в городскую систему канализации.

Полезная информация:

• Классификация сточных вод
• Методы очистки сточных вод
• Очистка сточных вод с применением электрофлотации
• Электрофлотационная очистка сточных вод содержащих ПАВ
• Типы загрязнителей в сточных водах и методы их обезвреживания
• Выбор инновационных технологий очистки сточных вод
• Словарь терминов