Наиболее рациональным в решении проблемы охраны водоемов от загрязнения сточными водами является создание замкнутых систем водоснабжения и канализации промышленных предприятий с использованием очищенных сточных вод в системах технического и оборотного водоснабжения и забором свежей воды из водоисточников в основном для целей питьевого водоснабжения.

Необходимость разработки и внедрения замкнутой системы водоснабжения промышленного предприятия зависит от ряда причин, а именно: 1) от дефицита воды в районе или области; 2) от содержания в водохозяйственном объекте загрязняющих веществ, близких к их ПДК в водоеме; 3) от применения современной малоотходной технологии.

Целесообразность применения замкнутых систем определяется также степенью ущерба, наносимого водоему при сбросе неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод; необходимостью извлечения из сточных вод ценных компонентов и их утилизации; высокими требованиями к качеству сточных вод, сбрасываемых в канализацию или водоемы, ибо иногда по ряду компонентов к сбрасываемой воде предъявляются требования более высокие, чем к качеству питьевых вод, и поэтому сброс таких вод нецелесообразен.

Внедрение замкнутых систем обосновывается технико-экономическими расчетами, причем в ряде случаев применение таких систем, даже при их экономической нецелесообразности, диктуется необходимостью улучшения санитарно-гигиенических и экологических условий на предприятиях, в ТПК и т. д. Кроме совершенствования методов очистки сточных вод и введения безводных процессов для создания таких систем необходимо разработать технологические процессы, позволяющие резко сократить отходы-производства и потребления воды. Применение рациональных схем водоснабжения предприятий с многократным использованием воды в производствах и создание внутрицеховых оборотных систем, включающих локальные сооружения очистки наиболее загрязненных сточных вод, дают возможность резко сократить количество сточных вод, поступающих на внеплощадочные очистные сооружения. Причем на эти сооружения поступают только воды, содержащие биохимически разрушаемые соединения, что позволяет возвратите очищенную воду в системы технологического и оборотного водоснабжения.

Основные предпосылки для создания замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий следующие.

1. Применение безводных или маловодных технологических процессов, обеспечивающих более полное комплексное использование сырьевых ресурсов. Внедрение аппаратов воздушного охлаждения позволяет не только сэкономить значительное количество воды, но и уменьшить количество сточных вод. Исключение использования воды для промывки газов (кроме тех случаев, когда из них водой извлекаются ценные компоненты) позволяет значительно уменьшить ее потребление. Применение сухих методов очистки газов только на предприятиях черной металлургии позволит сократить водопотребление на 15-20%.

2. Выбор комплекса производств предприятия и их размещение на промышленной площадке, обеспечивающие последовательное многократное использование воды.

3. Совершенствование технологических процессов, позволяющее сократить количество и загрязненность сточных вод. Например, на предприятиях азотной промышленности широкое внедрение укрупненных технологических агрегатов с использованием и утилизацией теплоты реакций позволяет снизить удельные расходы воды в производствах аммиака на 65-70 %, азотной кислоты на 90-95 %, аммиачной селитры на 85%. Внедрение на предприятиях нефтехимической промышленности одностадийного метода получения дивинила обеспечивает сокращение количества сточных вод в этом процессе в 100 раз. В производстве монокорунда можно резко сократить количество и загрязненность сточных вод путем улавливания образующегося сероводорода из парогазов углеродистыми сорбентами с использованием их в дальнейшем в шихте плавки. Регенерация обработанных кислых и щелочных растворов с повторным использованием кислот и щелочей позволит резко сократить количество солей, образующихся в сточных водах при нейтрализации растворов.

4. Рациональное многократное использование воды во всех технологических процессах и операциях, создание локальных замкнутых систем технического водоснабжения. Особое значение приобретает рациональное использование воды в. наиболее водоемких технологических процессах, Например при промывке сырья, полупродуктов, готового продукта, и разработка физико-химических способов очистки сточной воды, обеспечивающих возврат очищенной воды в эти же процессы. В этом случае не требуется глубокой очистки сточных вод: из них достаточно удалить те компоненты, которые оказывают отрицательное влияние на качество промываемого продукта. Например, разработанная во ВНИИ ПАВ и ВНИИ ВОДГЕО рациональная система использования воды в производстве синтетических жирных кислот обеспечивает получение сточных вод с содержанием кислот 180-200 г/л. Очистка этих вод методом азеотропной ректификации позволяет, с одной стороны, выделить и получить в товарном виде низкомолекулярные жирные кислоты (муравьиную, .уксусную, пропионовую и масляную), а с другой-использовать очищенную воду в производстве. На заводе синтетических жирных кислот создана замкнутая система технического водоснабжения по кислым сточным водам, позволяющая увеличить на 12 % выход товарных кислот при переработке парафина и сократить поступление загрязнений на биологическую очистку по ХПК с 27 до 2 т/сут. Большое количество сточных вод образуется на вакуум-выпарных и дистилляционных установках, на которых летучие соединения вымываются из газов водой в барометрических конденсаторах. Бесспорно, наиболее рационально летучие соединения улавливать непосредственно из парогазов специальными поглотителями. Так, разработанная БашНИИНПом принципиальная схема вакуумной системы установок АВТ позволяет резко сократить загрязнение сероводородом сточных води атмосферы, а также увеличить отбор дизельного топлива, которым ранее загрязнялись барометрические воды.

5. Классификация сточных вод как по характеру загрязнений, так и по их общей загрязненности и разработка рациональной системы их очистки с целью повторного использования. Особое значение приобретает разработка методов очистки сточных вод от органических соединений отдельных классов с учетом физико-химических свойств этих и основных сопутствующих соединений. Например, согласно разработанной классификации сточных вод, содержащих сероводород, меркаптаны и их соли, органические сульфиды и дисульфиды, и сточных вод, образующихся в производстве сульфатной целлюлозы, искусственного волокна, монокорунда, нефтепродуктов, все соединения серы разделены на две группы, а все сточные воды на три категории. Для каждой из этих категорий разработан свой метод очистки, учитывающий также и характер основных сопутствующих загрязнений.

6. Обеспечение такого качества сточных вод, поступающих на внеплощадочные очистные сооружения, которое позволяет осуществить их очистку на этих сооружениях. Обязательным условием создания замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий является удаление из сточных вод биологически не разрушаемых и токсичных соединений из локальных потоков до их объединения в общий поток, поступающий на внеплощадочные очистные сооружения.

7. Обеспечение качества биологически очищенных сточных вод, удовлетворяющего требования к воде, используемой для восполнения потерь в оборотных системах, по санитарно-гигиеническим и токсикологическим показателям. Для достижения этой цели используется один из известных методов глубокой очистки или их комбинация.

ВНИИ ВОДГЕО разработаны условия использования очищенных сточных вод Москвы в системах прямоточного и оборотного водоснабжения на промышленных предприятиях. Эти сточные воды состоят на 60% из бытовых и на 40% из производственных (в основном машиностроительной промышленности). Исследованиями установлено, что при очистке этих вод по схеме "механическая очистка биологическая очистка глубокая очистка на фильтрах с зернистой загрузкой дезинфекция хлором" они могут быть использованы в системах прямоточного водоснабжения.

При использовании очищенных сточных в системах оборотного водоснабжения необходимым является их кондиционирование: а) при режиме с продувкой обработка с целью предотвращения биообрастаний и карбонатных отложений; б) при беспродувочном режиме дополнительная обработка для предотвращения коррозии и частичного удаления из оборотной воды взвешенных веществ. Санитарно-гигиеническая безопасность повторного использования таких сточных вод в оборотных системах охлаждающего водоснабжения обеспечивается как в процессе очистки, так и при кондиционировании воды в оборотных системах. Начиная с декабря 1975 г. очищенные сточные воды объединения Курьяновских станций аэрации используются на ряде промышленных предприятий в системах прямоточного и оборотного водоснабжения, а также в некоторых отдельных технологических процессах: например, на АЗЛК в цехах гальванопокрытий (в аппаратах "Гидровартекс" для мойки некоторых деталей и снятия покрытий), окраски (в аппаратах бендеризации, а также в гидрозатворах некоторых камер, ваннах приготовления раствора фосфатных покрытий), испытаний (в камерах "Шпривакс" для мойки автомобилей, в камерах проверки автомобилей на герметичность).

8. Применение рациональных методов обессоливания сточных вод. При обессоливании сточных вод необходима их классификация и разработка рациональной системы. Идеальным решением является выделение индивидуальных солей и возврат в производство очищенной воды и выделенных солей или регенерация рассолов и повторное их использование. Особую проблему составляет разработка методов анализа и изучения химического состава сточных вод на всех стадиях очистки.

ВНИИ ВОДГЕО выполнены исследования по очистке этим методом объединенного потока слабозагрязненных сточных вод промышленного комплекса, в состав которого входит 11 предприятий, в том числе заводы органического синтеза, синтетического каучука, искусственного волокна, шинный и др. Сточные воды в первой стадии контактируют с гидрокультурами высших водных растений в канале, во второй в пруду; при этом ХПК сточных вод снижается с 90-180 до 54-86 мг/л, БПК с 25-30 до 6,5-14 мг/л, достигается полная очистка от цинка, меди, метанола, анилина, толуола, капролактама.