1.6.Требования к качеству воды, используемые в различных отраслях промышленности.

1.6.1.Использование воды в промышленности.

Вода используется во всех отраслях народного хозяйства. Основным показателем, определяющим пригодность воды в каждом конкретном случае, является состав и концентрация содержащихся в них примесей. Исходя их того, требования, предъявляемые к воде, могут быть самые различные и определяются целевым назначение последней. Различают воду, используемую для хозяйственно-питьевых целей, а также для нужд пищевой и бродильной промышленности; для охлаждения элементов технологических агрегатов, пара, жидких и газообразных продуктах в холодильниках и конденсаторах; для нужд силового хозяйства (питание паровых котлов), технологических целей промышленности; заводнение нефтяных пластов и т.д.

1.6.2. Требования к качеству воды различного назначения .

а) Хозяйственно питьевая вода. Основные требования, предъявляемые к хозяйственно-питьевой воде, следующие: безвредность для организма человека, хорошие органолептические показатели и пригодность для хозяйственно-бытовых нужд. Показатели качества, которым должна удовлетворять хозяйственно-питьевая вода, указаны в ГОСТе 2874-73 “Вода питьевая” и ГОСТе 2761-57 “Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения”.

В соответствии с требованиями к качеству питьевой воды последняя должна обладать такими бактериологическими показателями:

Общие количество бактерий в 1 мл неразбавленной воды, не более 100

Количество бактерий группы кишечной палочки

Определяемые на плотной элективной среде с концентрацией бактерий на мембранных фильтрах в 1 л воды (коли - индекс), не более 3

При использовании жидких сред накопления (коли-титр) не мене 300

Содержание токсичных химических веществ не должно превышать (мг/л)

в случае	бериллия (Ве) 0,0002	в случае фтора(F)
	молибдена (Мо) 0,5	для I и II климатических районов		1,5
	мышьяка (As) 0,05	для		1,2
	нитратов (по N) 10,0	для		0,7
	полиакриламида 2,0	урана238		1,7
	свинца(Pb) 0,1	радия226
	селена(Se) 0,001	стронция90
	стронция(Sr) 2,0		серебра при консервировании воды, не более		0,05 мг/л

Если по местным условиям осуществляется фторирование воды, содержание в ней фтора должно быть в пределах 70-80% норм, указанных в ГОСТе 2874-73 “Вода питьевая”.

При органолептическом показателям вода должна иметь

запах при 20С и при подогревании воды до 60С, не более 2 баллов

привкус при 20С, не более 2 баллов

цветность по платиново-кобальтовой или имитирующей шкале,

более 20 град

мутность по стандартной шкале 1,5 мг/л

Помимо приведенных выше показателей, в ГОСТе на питьевую воду нор­мируются (мг/л)

водородный показатель(рН)	6,5-8,5	остаточный алюминий	0,5
сухой остаток не более	1000	остаточный хлор в начале водопроводной сети
хлориды(Cl)	350	свободный хлор (при контакте в резервуаре чистой воды не менее 30 мин)	0,3-0,5
сульфаты(SO)	500
железо(Fe)	0,3	или связанный хлор(при контакте в резервуаре чистой воды не менее 60 мин)	0,8-1,2
марганец(Mn)	0,1	остаточный озон после камеры смешения	0,1-0,3
медь(Cu)	1,0
цинк(Zn)	5,0
гексаметафосфат	3,5
триполифосфат	3,5
общая жесткость	7 мг*экв/л

В исключительных случаях по согласованию с органами санитарного над­зора допустимы сухой остаток до 1500 мг/л, цветность до 35 град, железо до 1 мг/л, общая жесткость до 10 мг-экв/л. При вынужденном использовании при­родной воды, обладающей еще большей жесткостью, ее подвергают умягчению.

Содержание солей группы тяжелых металлов, радиоактивных элементов и других вредных веществ, не оговоренных выше, должно соответствовать нор­мам, установленным Главной государственной санитарной инспекцией СССР, а при отсутствии норм - утверждаться ею в каждом отдельном случае. Исполь­зование источников водоснабжения с большей величиной сухого остатка в воде допускается только в случае отсутствия иных источников при обязательном со­гласовании с органами санитарного надзора или при условии опреснения ис­ходной воды.

Аналогичные требования предъявляются к воде, применяемой в пищевой и бродильной промышленности. Отдельные виды этих производств устанавли­вают свои специфические требования к воде, вытекающие из их технологии. Например, в воде, используемой в сахарном производстве, должны отсутство­вать вещества, которые подвергаются гниению и вызывают разложение в диф­фузорах; общее солесодержание должно быть, возможно, более низким, так как повышенная концентрация солей затрудняет варку и кристаллизацию сахара. В пивоваренном производстве важно, чтобы в воде отсутствовал CaSO₄, препят­ствующий брожению солода. Вода, применяемая в винокуренном производст­ве, не должна содержать хлористого кальция и хлористого магния, так как они вредно влияют на жизнедеятельность дрожжей. Такие же требования предъяв­ляются к воде, применяемой и в других видах пищевой промышленности.

Вода, используемая в сельском хозяйстве. Вода, применяемая для водо­поя скота, в основном должна отвечать требованиям, предъявляемым к воде для хозяйственно-питьевых целей, хотя требования к цвету, прозрачности и запаху могут быть несколько снижены. Температура воды по возможности должна находиться в пределах 8-15° С.

Таблица 10. Нормы качества воды для степных и пустынных районов

Характеристика и оценка пригодности воды	Содержание, мг/л			Общая
	Сухой остаток	Хлориды	Сульфаты	Жесткость мг*экв/л мг-экв/л
Хорошая питьевая и хозяйственная Удовлетворительная питьевая и пло­хая хозяйственная Допустимая питьевая, плохая хозяй­ственная, очень жесткая Допустимая в случае необходимости для питья, очень плохая хозяйствен­ная, очень жесткая, солоноватая Заметно солоноватая, используется для питья в случае крайней необхо­димости Резко соленая, в крайнем случае, мо­жет быть использована для питья Пригодная для водопоя скота	0—600 600—1000 1000—1500 1500—2500 3000—4000 4000—5000 4000—5600	0—100 100—150 150—200 200—400 400—800 800—1500 1500—3000	0—200 200—300 300—500 500—1000 1000—1500 1000—2000 1500—3000	0—7,2 7,2—10,5 10,5—14,4 14,4—21,6 21,6—52,5 25,0—72,0 25,0—105,0

Оценка степени минерализованной воды производится на основании ее вкусовых качеств. Нормы качества воды для степных и пустынных районов, утвержденные Министерством сельского хозяйства, приведены в табл. 10.

В сельском хозяйстве вода широко применяется для орошения почв. Количество минеральных солей в ней должно быть незначительным, так как в противном случае возникает опасность засоления почв в результате испа­рения воды и аккумуляции содержащихся в ней солей.

Установленных норм качества воды для орошения не существует; допусти­мые величины минерализации могут меняться в широких пределах в зависимос­ти от условий полива, дренажа, метеорологических и агротехнических факто­ров. Вода с минерализацией до 1 г/л пригодна для орошения во всех случа­ях. При плохих условиях дренажа и плохо фильтрующих грунтах содержание солей не должно превышать 1,5 г/л 191.

Соли Nad, Na₂SO₄, MgSO₄ и особенно Na₂CO₃ засолоняют почвы и дела­ют их непригодными для агротехнических целей. Вода, содержащая в умерен­ном количестве соли CaSO₄ и MgCO₃, может быть использована для орошения.

Вода для охлаждения. Технология многих производств требует поддержа­ния заданного температурного режима процесса или непрерывного охлажде­ния работающих агрегатов. Охлаждение осуществляется для создания опти­мальных условий при протекании некоторых производственных процессов (ох­лаждение пара в конденсаторах паровых турбин, газов, жидкостей и твердых веществ в конденсаторах, охладителях, реакторах). Передача тепла происходит либо через стенку, либо путем непосредственного соприкосновения (конденса­торы смещения, оросительные скрубберы и пр.). Температуры нагрева воды здесь в большинстве случаев относительно низкие (в пределах до 50-60° С), за­кипание воды исключено.

Цель охлаждения агрегатов - защита стенок и других его частей от перегре­ва, который может нарушить их прочность, вызвать разрушение и т. д. (охлаж­дение кладки и фурм доменных печей, кессонов и рам мартеновских печей, охла­ждение двигателей внутреннего сгорания и пр.). Охлаждение осуществляется прямотоком, водой, подаваемой из источника и сбрасываемой после однократ­ного ее использования ниже водозабора или с ее возвратом в производство. При этом нагретая вода предварительно направляется на градирню или в брызгальный бассейн, где она охлаждается до исходной температуры.

Вода для охлаждения не должна давать отложений в трубах и камерах, по которым она проходит, так как отложения затрудняют теплопередачу и уменьшают сечение труб, снижая интенсивность циркуляции воды, а, следо­вательно, и интенсивность охлаждения.

В воде для охлаждения не должны находиться крупные неорганические взвеси (песок), способные оседать в пазухах холодильников, печей и конденсато­ров. Более мелкая взвесь (ил, глина), как правило, в трубах и камерах не осаж­дается, но, захватываясь образующейся в них накипью, нарушает условия теп­лообмена.

В случае использования воды, богатой органическими веществами, для прямоточного охлаждения при температуре стенок 30-40.°С на них развива­ются биологические обрастания, состоящие из бактерий, грибков и водорослей. В морской воде могут возникать обрастания ракушками (мидией, баляни-сом), мшанками, гидроидными полипами.

При прямоточной системе отложение накипи, состоящей в основном из карбоната кальция, наблюдается относительно редко. При оборотной системе опасность накипеобразования возрастает в связи с потерей углекислоты (ре­зультат нагрева воды и ее разбрызгивания на градирнях и в брызгальных бас­сейнах). В последнем случае углекислотное равновесие сдвигается вправо:

и уменьшают сечение труб, снижая интенсивность циркуляции воды, а, следо­вательно, и интенсивность охлаждения.

В воде для охлаждения не должны находиться крупные неорганические взвеси (песок), способные оседать в пазухах холодильников, печей и конденсато­ров. Более мелкая взвесь (ил, глина), как правило, в трубах и камерах не осаж­дается, но, захватываясь образующейся в них накипью, нарушает условия теп­лообмена.

В случае использования воды, богатой органическими веществами, для прямоточного охлаждения при температуре стенок 30-40°С на них развива­ются биологические обрастания, состоящие из бактерий, грибков и водорослей. В морской воде могут возникать обрастания ракушками (мидией, баляни-сом), мшанками, гидроидными полипами.

При прямоточной системе отложение накипи, состоящей в основном из карбоната кальция, наблюдается относительно редко. При оборотной системе опасность накипеобразования возрастает в связи с потерей углекислоты (ре­зультат нагрева воды и ее разбрызгивания на градирнях и в брызгальных бас­сейнах). В последнем случае углекислотное равновесие сдвигается вправо:

Малорастворимый карбонат кальция выпадает на стенках труб, по которым циркулирует охлаждающая вода.

Вероятность образования накипи зависит не только от содержания би­карбоната кальция. На этот процесс оказывает влияние интенсивность упари­вания воды в системе, величина потери углекислоты при разбрызгивании воды, наличие в последней органических веществ, стабилизирующих карбонат каль­ция и препятствующих его выпадению.

Вода для паросилового хозяйства не должна содержать примесей, которые могут вызвать отложение накипи, вспенивание котловой воды, унос солей с паром и коррозию металла. В процессе образования накипи снижается теплопроводность, а следовательно, ухудшается теплопередача, расходуется лишнее топливо, повышается температура металла (перегрев), в результате чего появляются вздутия и разрывы на наиболее теплонапряженных элементах.

Накипь появляется в результате термического распада бикарбонатов, увеличения концентрации других растворенных в воде солей, связанного с непрерывным выпариванием, приводящим к выпадению их из раствора и отло­жению на стенках котла.

Структура накипи, и ее химический состав зависят от условий, при ко­торых она образуется, а также от химических свойств питательной воды. Об­разование накипи происходит в несколько стадий. Вначале по достижению пре­дела растворимости вследствие выпаривания или протекания химических реакций в однородном растворе появляются зародыши кристаллов, постепенное укрупнение которых и создает плотную накипь или рыхлый шлам.

Из солей, образующих накипь, наиболее вредны те, растворимость кото­рых с повышением температуры уменьшается, т. е. соли с отрицательным терми­ческим коэффициентом растворимости (CaSO₄, CaSiO₃, MgSiO₃, СаСО₃). Эти со­ли осаждаются на стенках паровых котлов, образуя котельный камень, отла­гающийся на наиболее нагретых поверхностях.

Соли с положительными термическими коэффициентами растворимости (Na₂SO₄, NaCl, Na₃PO₄, Na₂CO₃) выпадают только из сильно концентрированных пересыщенных растворов, образуя накипь в виде рыхлого шлама, которая отлагается преимущественно на более холодных поверхностях. Однако присут­ствие этих солей уменьшает растворимость соответствующих солей кальция и магния, увеличивая тем самым вероятность образования накипи.

Вспенивание котловой воды, приводящее к загрязнению пара и отложению увлеченных им примесей на лопатках турбин, нежелательно. Образование

стойкой пены вызывается наличием в воде щелочей, фосфатов, смазочных ма­сел и нефти. Особенно устойчивы пены в присутствии поверхностно-актив­ных веществ.

В связи с тем, что образователи накипи проходят стадию коллоидного раствора, всегда существует возможность загрязнения пара этими солями. Та­ким образом, борьба с образованием накипи является одновременно борьбой за чистоту образующегося пара.

Щелочи как сильные пептизаторы переводят грубодисперсные вещества в коллоидное состояние, усиливая тем самым опасность загрязнения пара. Одна­ко для предотвращения коррозии металла котловая вода должна обладать некоторой щелочностью, так как присутствие щелочи в воде значительно умень­шает растворимость соединений железа. Вследствие этого Fe (OH)₂, переходящая в котловую воду в результате коррозии, быстро выделяется из раствора и оседа­ет на поверхности металла, образуя плотную защитную пленку. Согласно дан­ным эксплуатационных наблюдений, рекомендуется поддерживать содержание щелочи в котловой воде в пределах 25-50 мг/л NaOH.

Фосфаты способствуют вспениванию из-за замедления роста кристаллов в области коллоидной степени дисперсности. Сульфаты и хлориды, коагулируя коллоидные частички, значительно уменьшают вспенивание. Особенно нежела­тельно присутствие в питательной воде котлов высокого давления кремневой кислоты SiO₂, способной создавать плотные накипи с очень низкой теплопро­водностью.

Вода для технологических целей. При использовании воды в технологичес­ких процессах к ее качеству предъявляются самые разнообразные требования. В зависимости от целевого назначения различают воду: соприкасающуюся с сырьем, используемую при добыче, отмывке, гидротранспорте, сортировке и обогащении полезных ископаемых и другого сырья (здесь в основном требуется лишь освободить воду от грубой взвеси); используемую для обработки готовой продукции; входящую в состав продукта и при этом сохраняющую свою инди­видуальность или вступающую в химическую реакцию с веществом продук­та.

В последних двух случаях требования к воде специфичны и диктуются не только отдельными видами производства, но и принятой технологической схе­мой. В воде, применяемой в фотопромышленности, не допускается содержание железа, марганца, кремнекислоты, больших количеств хлоридов, органических веществ и т. д. В некоторых случаях эти требования значительно выше, чем к хозяйственно-питьевой воде.

Вода, используемая в хлопчатобумажной промышленности для отбелки и крашения, должна иметь малую окисляемость, прозрачность 30см по шриф­ту, цветность не более 10-15 град, рН 7-8,5, содержание железа не более 0,1 мг/л. В воде, применяемой для приготовления растворов мыла, красителей, кислот и щелочей, жесткость не должна превышать 0,18-0,35 мг-экв/л. Про­зрачность воды для шелковой промышленности должна быть не ниже 30см по шрифту, цветность не более 10 град, рН 7-8,1, солей железа - следы, жест­кость не выше 0,18 мг-экв/л. Вода, идущая на изготовление искусственного во­локна, должна иметь прозрачность не менее 40см по шрифту, жесткость не вы­ше 0,07 мг-экв/л, железа не более 0,1-0,2 мг/л.

Вода для заводнения нефтяных пластов. При добыче нефти с применением заводнения нефтяных пластов используемая вода не должна уменьшать приеми­стости нагнетательных скважин. Примеси природных вод, вызывающие уменьше­ние приемистости, можно разделить на две группы: приводящие к закупорке пор фильтрующей поверхности скважин; уменьшающие пористость продуктивного пласта за счет образования в нем нерастворимых соединений при измене­нии температуры и при взаимодействии закачиваемой воды с породой или пла­стовой водой.

Наиболее опасными загрязнениями первой группы являются взвешенные вещества, нефть, тончайшие суспензии соединений железа. Они могут образо­вывать на фильтрующей поверхности скважин пленку, которая затрудняет закачку воды в пласт. Содержание их в закачиваемой воде ограничивается следующими величинами: взвешенные вещества - не более 1 мг/л, нефть - менее 1 мг/л, железо - не более 0,2 мг/л. Иногда обогащение железом происходит при протекании воды, обладающей коррозионными свойствами, по трубопроводам, которые не имеют надежных защитных покрытий. В этом случае рекомендуется проводить стабилизацию воды для нанесения на внутрен­нюю поверхность труб защитной карбонатной, фосфатной или силикатной пленки.

К примесям второй группы следует отнести бикарбонаты, которые при на­греве закачиваемой воды в пласте подвергаются распаду с образованием осад­ка карбоната кальция, а также кислород, который может окислять сероводо­род или закисное железо, содержащееся в пластовой воде. Вопрос о целесооб­разности декарбонизации или обескислороживания воды решается в зависимо­сти от концентрации примесей и их влияния на уменьшение пористости призабойных зон на основе технико-экономического сравнения вариантов.

69