Основные принципы создания замкнутых водооборотных систем

Создание экономически рациональных замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов только путем совершенствования способов очистки сточных вод или внедрения безводных процессов не представляется возможным.

Для этого необходимо:

— многократное (каскадное) рациональное использование воды в производстве;

— применение маловодных или безводных технологических процессов и эффективных способов очистки локальных потоков сточных вод с учетом повторного их использования;

— создание локальных замкнутых систем технического водоснабжения;

— использование сточных вод, прошедших обработку на внеплощадочных очистных сооружениях, в системах технического и охлаждающего водоснабжения и т.д.

Существует несколько перспективных путей снижения количества загрязненных сточных вод:

1. разработка и внедрение безводных технологических процессов,

2. усовершенствование существующих процессов,

3. разработка и внедрение более совершенного оборудования,

4. внедрение аппаратов воздушного охлаждения,

5. повторное использование очищенных сточных вод в оборотных системах охлаждающей воды.

Среди них наиболее рациональный способ сокращения объема сточных вод это создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения, исключающий сброс воды в водоемы.

Для создания замкнутых систем водоснабжения промышленные сточные воды подвергаются очистке механическими, химическими, физико-химическими, биологическими и термическими методами до необходимого качества, зависящего от вида производства.

Сложный физико-химический состав сточных вод, разнообразие содержащихся в них соединений и их взаимодействие друг с другом делают невозможным подбор универсальной структуры бессточных схем, пригодных для применения в различных отраслях народного хозяйства. Создание таких систем на предприятиях зависит от особенностей технологии, технической оснащенности, требований к качеству получаемой продукции и используемой воды и т.д.

Вопросом первостепенной важности при создании замкнутых водооборотных систем является разработка научно-обоснованных требований к качеству воды, используемой во всех технологических процессах и операциях.

В подавляющем большинстве технологических операций нет необходимости в использовании воды питьевого качества. Поэтому необходимо оценить максимально допустимые пределы основных показателей качества воды, которые определяются следующими факторами:

• не должно ухудшаться качество получаемого продукта;

• должна обеспечиваться безаварийная работа оборудования; оно не должно разрушаться вследствие коррозии, на стенках не должны появляться отложения и т.д.;

• не влиять на здоровье обслуживающего персонала за счёт изменения токсикологических или эпидемиологических характеристик воды.

Сложилось так, что при разработке технологических схем на качество воды не обращали внимания. Питьевая и даже техническая вода в подавляющем большинстве случаев удовлетворяла технологов, а использованную воду просто сбрасывали в водоёмы и только позднее стали направлять на очистные сооружения.

Общими вопросами при разработке замкнутых водооборотных систем для всех отраслей являются следующие:

• максимальное внедрение воздушного охлаждения вместо водяного: на многих предприятиях на охлаждение расходуется до 70 % всей используемой воды;

• размещение комплекса производств на промышленной площадке, таким образом, чтобы было возможно многократно (каскадно) использовать воду в технологических производствах;

• последовательное многократное использование воды в различных или идентичных производствах должно по возможности приводить к образованию небольшого объема максимально загрязненных сточных вод, для обезвреживания которых можно подобрать достаточно эффективные (и, как правило, дорогостоящие) методы очистки;

• использование воды для очистки газов только тогда, когда из газов извлекаются и используются ценные компоненты, применение воды для очистки газов от твердых частиц допускается только в случае замкнутого цикла;

• обязательная регенерация отработанных кислот, щелочей и солевых технологических растворов с использованием извлекаемых продуктов в качестве вторичного сырья.

При создание замкнутых водооборотных систем промышленных предприятий водоподготовка и очистка сточных вод должны рассматриваться как единая система. Проектирование замкнутых систем проводится одновременно с проектированием основного производства. Образующиеся при очистке СВ осадки перерабатываются в товарную продукцию или выдаются в виде вторичного сырья.

Особенностью замкнутых водооборотных систем является обязательный учет токсикологической и эпидемиологической характеристик очищенных сточных вод и их влияния на человека. Для предприятий, использующих очищенные сточные воды в замкнутых системах технического водоснабжения, где нет непосредственного контакта работающих с ними, рекомендуется проводить специальную фильтрацию и обезвреживание хлором. Однако в ряде случаев некоторые показатели сточных вод после хлорирования ухудшаются: появляются более интенсивные окраска и запах. Лучшие результаты по гигиенической эффективности доочистки сточных вод получены при использовании озона.

С

П

хемы оборотного водоснабжения

П

ОС

П

ОС

ОХ

НС

НС

Добавочная

ОХ

вода Добавочная Доб.

вода вода

а б в

а — с охлаждением воды; б — с очисткой воды; в — с очисткой и охлаждением воды;

П — производство; НС — насосная станция; ОХ — охлаждение воды; ОС — очистка сточной воды.

В схеме а вода является теплоносителем и в процессе использования не загрязняется, а нагревается; перед повторным использованием ее охлаждают в градирнях, прудах. В схеме б воду перед повторным использованием очищают изложенными ниже методами. В схеме в воду очищают и охлаждают, Во всех случаях свежая вода добавляется лишь на восполнение потерь. Применение оборотного водоснабжения позволяет в 10-50 раз уменьшить потребление природной воды.

Оборотная вода должна соответствовать определенным значениям показателей: карбонатной жесткости, рН, содержанию взвешенных веществ и биогенных элементов, значению ХПК, определяющих термостабильность и интенсивность биообрастания в оборотной системе и др.

Большое внимание в оборотных системах охлаждающего водоснабжения следует уделять борьбе с биологическим обрастанием, для чего приходится применять специальные ингибиторы, содержащие токсичные вещества, например, соли хрома, или хлорировать (озонировать) воду.

Общая система водного хозяйства должна включать сбор, очистку и использование ливневых вод, которые в ряде случаев применяются для подпитки систем оборотного водоснабжения. Сбор и очистка ливневых вод в связи со случайным выпадением осадков достаточно сложны и требуют значительных капитальных вложений. Обычно для подпитки оборотных систем, а в ряде случаев и вообще для технического водоснабжения, используются очищенные сточные воды городов.

В зависимости от роли воды в производстве ее подразделяют на четыре категории.

Воду I категории употребляют для охлаждения оборудования и продуктов в теплообменных аппаратах (без соприкосновения с продуктами). Она лишь нагревается и практически не загрязняется. Воду II категории используют как среду, поглощающую и транспортирующую примеси, без нагрева (например, вода, применяемая при обогащении полезных ископаемых, гидротранспорте). Она загрязняется механическими и растворенными примесями. Воду III категории также употребляют как среду, поглощающую и транспортирующую механические и растворенные примеси, но с нагреванием (например, при очистке газов, гашении кокса и т.п.). Воду IV категории применяют в качестве растворителя реагентов. Примерные требования к качеству оборотной воды приведены в таблице.

Т а б л и ц а  Требования к качеству оборотной воды

Показатель	Единица измере-ния	Вода I категории		Вода II категории	Вода III категории
		охлаждение без огневого нагрева поверхности теплообмена	охлаждение с огневым нагревом поверхности теплообмена
Температура	0С	Определяется в зависимости от технологии
Взвешенные частицы	мг/дм3	50	20	при гравитации до 10 000
Эфирорастворимые частицы	мг/дм3	20	10	не нормируется
Запах	балл	3	3	3	4
рН		6,5-8,5	6,5-8,5	не нормиру-ется	6,5-9,0
Жесткость:
общая	мг-экв/дм3	50			
карбонатная	мг-экв/дм3	3,5	2,5	не нормиру-ется	
щелочность общая	мг-экв/дм3	4	3	не нормиру-ется	не нормиру-ется
Общее солесодержание	мг/дм3	2000	800	не нормиру-ется	не нормиру-ется
Cl	мг/дм3	350	150	не нормиру-ется	не нормиру-ется
SO42	мг/дм3	500	250	не нормиру-ется	не нормиру-ется
Окисляемость перманганатная	мг О2/дм3	20	20	не нормиру-ется	не нормиру-ется
ХПК	мг О2/дм3	200		не нормиру-ется	не нормиру-ется
БПК5	мг О2/дм3	15-20		не нормиру-ется	не нормиру-ется
Биогенные элементы:
азот общий	мг/дм3	150	150	не нормируется	не нормируется
фосфор (в пере-счете на P2O5)	мг/дм3	5		не нормиру- ется	не нормиру-ется

Эффективность использования воды в производстве оценивается следующими показателями:

• процент оборота воды

;

• коэффициент использования воды

;

• кратность использования воды

;

• безвозвратное потребление воды и её потери на производстве

где Q_об  количество оборотной воды, м³/ч;

Q_и  количество воды, забираемое из источника водоснабжения, м³/ч;

Q_сб  количество воды, сбрасываемое предприятием, м³/ч;

Q_c  поступление воды из сырья, м³/ч.

При условии повторного использования очищенных сточных вод Р_об приближается к 100 %, а коэффициент использования К_и=1. На некоторых предприятиях К_и=0,85-0,95. В целом в отраслях химической промышленности К_и=0,73.

Организация замкнутых и оборотных систем водоснабжения  основа создания бессточных предприятий. Такие предприятия имеют водооборотные циклы на каждом производстве с необходимыми локальными очистными установками и повторным использованием очищенных сточных вод, а также осуществляют рекуперацию отходов, получаемых при очистке сточных вод