12.5. Вода

У загальному балансі промислового водоспоживання на долю чорної металургії дово­диться 15-16%, що в цілому відповідає долі промислового енергоспоживання і викиду шкід­ливих речовин в атмосферу цією галуззю.

Об'єм використання свіжої води (водоспоживання) у чорній металургії України в 1991 р. (у період повного завантаження виробничих потужностей) склав близько 2 млрд. м3, ски­дання стічних вод у водойми - 1,4, у тому числі забруднених вод - 0,3, об'єм оборотної і послідовно використовуваної води - 11 млрд. м3. В останні роки виробництво металопро-дукції скоротилося приблизно в 1,5 раза, відповідно скоротилося і водоспоживання. Однак характер наведених цифр підкреслює недостатню досконалість металургійних технологій і нераціональність існуючих систем водоспоживання.

У конвертерних цехах сьогодні споживається, втім як і в гірничорудному, доменному і прокатному виробництвах, від 3,5 до 6 м3 свіжої води на тонну продукції; близько 70% цієї води скидається у вигляді стічних вод у водойми. Для порівняння - найбільш низьке спожи­вання свіжої води в агломераційних і коксохімічних цехах (0,5-1,0 м3/т).

Загальне водоспоживання в конвертерному виробництві складає 55 м3/т сталі, в тому числі на очищення конвертерних газів - 10-11 м3/т, їх охолодження - 12-13, охолодження кристалізаторів при безперервному розливанні - 34-35. Загальне водоспоживання тут таке ж велике, як у доменних (60 м3/т чавуну) і прокатних (95 м3/т прокату) цехах. Складність проблеми раціонального водовикористання в цілому в металургії полягає у великих масштабах вироб­ництва і в об'ємах відходів, що утворюються. Однак проблема послідовно вирішується.

Існує два основні різновиди схем використання води: одноразова і з повторним бага­торазовим використанням води, взятої з природного джерела. Однак є досить багато варіан­тів цих основних схем.

Схеми з одноразовим використанням води називають прямоточними. У системах з по­вторним використанням вживана вода обробляється - піддається охолодженню, очищенню, стабілізації, кондиціюванню і т.д., в залежності від необхідних для технологічного процесу вихідних показників. Потім вона частково чи повністю повертається для наступного викорис­тання в даному виробництві або передається іншим споживачам, але у природну водойму у вигляді стоку в кількості, що дорівнює водоспоживанню, не повертається. Системи, де стічна вода після обробки багаторазово повертається в одне і те ж виробництво, називаються обо­ротними, а системи без стоку в природні водойми - замкнутими чи безвідходними. Останній термін, як уже відзначалося, є умовним, оскільки при використанні води завжди утворюються дуже концентровані стоки, які підлягають захованню тим чи іншим способом.

Прямоточні системи в металургії в чистому вигляді не застосовуються; вони можуть бути лише частиною загальної системи водовикористання, її елементом. Наприклад, на прямоточному водопостачанні працюють доменні печі, після яких використана вода, в ос­новному з тепловим (термінальним) забрудненням, передається іншим споживачам, де ви­користовується в обороті. Системи з багаторазовим використанням води мають різні інже­нерні рішення і можуть бути досить складними, комбінованими, можуть включати локальні оборотні підсистеми, послідовно-оборотні для кількох споживачів, з різними системами каналізування стоків і обробки стічних вод для їх повторного використання.

Характерним прикладом системи сучасного оборотного водопостачання металургій­ного підприємства може служити схема використання води на одному з комбінатів, яка включає 23 оборотних цикли, з яких 13 - умовно чистої води і 10 - брудної. Використання свіжої води складає 7,6% до загальних її витрат, стікання ж води у водойми - 3,2%; 92,4% води використовується в обороті і повторно. Для кожного виду стічних вод передбачається відповідне очищення. Виділені при очищенні відходи (рідкі і тверді осади, засолені продув­ні води) переробляються на установках зневоднювання, випаровування, спалювання і добу­вання цінних речовин і продуктів, які можуть знайти застосування в інших виробництвах в якості сировини. В залежності від складності системи водоспоживання змінюються витра­ти на її спорудження. Так, частка капітальних витрат для створення прямоточних систем складає близько 2%, для систем з повторним використанням води - 3%, для оборотних систем з очищенням забрудненої води - до 10%, а для безстічних маловідхідних систем частка капітальних витрат на водопостачання зростає до 30% і більше від загальних витрат на будівництво підприємства і має тенденцію до росту.

Ефективність використання води характеризується трьома показниками: коефіцієн­том обороту К0, що дорівнює відношенню кількості води, використовуваної в обороті, до суми оборотної, свіжої і води, що надходить із сировиною; коефіцієнтом використання Кв -відношенням різниці свіжої води, води сировини і скидання до суми свіжої води, що надхо­дить, і води сировини; коефіцієнтом втрат Квтрат - відношенням скидання до загальних витрат води, що включає оборотну і послідовно використовувану воду. У 2000 р. коефіцієнт К0 чорної металургії складав'85%. На деяких крупних підприємствах чорної металургії К0 досягає 92-97%. Значення Кв на передових підприємствах складає 0,75-0,87. Коефіцієнт К дорівнює ~ 2,5%.

Оцінка системи водопостачання підприємства за допомогою коефіцієнтів К0, Кв і Квтрат є недостатньою, оскільки вони не дозволяють оцінити вплив даної системи водопостачання на навколишнє середовище. Наприклад, підприємства з високим К0 скидають у природні водойми стоки в малих кількостях, однак вони можуть виявитись дуже забрудненими і вкрай несприятливо впливати на водні біоценози. Може виникнути і така ситуація, в якій стоки перед випуском були очищені до нормативних показників якості, однак самі способи їх очищення, включаючи одержання хімічних реактивів і електроенергії, в сукупності можуть викликати неприпустимий вплив на навколишнє середовище.

Стічні води характеризуються, головним чином, складом, до загальної оцінки якого входять хімічне споживання кисню (ХСК), лужність, загальна жорсткість, вміст завислих речовин і їх крупність, іонний склад і рН, а також температура. Ці показники визначають можливість подальшого використання води і застосування різних методів її очищення й обробки, доцільності утилізації цінних домішок, схем каналізації стічних вод.

Сучасна техніка дозволяє одержати зі стоків воду, яка, за стандартизованими показ­никами, не відрізняється від природної, і враховуючи погіршення якості води у природних водоймах внаслідок їх забруднення, навіть чистішу, однак вартість очищення при цьому зростає не лінійно і перевищує економічні можливості народного господарства. Уже зараз вартість очисних споруд у ряді випадків досягає 40-50% вартості самого промислового об'єкта. Підвищення ступеня очищення з 85 до 95% збільшує його вартість у 2-3 рази, а кожен наступний відсоток ефективності очищення вимагає десятикратного збільшення ка­пітальних витрат. Економічно в даний час можна видаляти зі стічних вод до 95% органічних і 40% неорганічних з'єднань. При такому ступені очищення і величезних валових показниках стоку забруднення природного середовища буде інтенсивно продовжуватись і харак­теризуватися багатьма тисячами тонн різних речовин.

До 2010 р. підприємства чорної металургії повинні повністю припинити скидання у водойми забруднених вод, однак в цілому воно залишається ще дуже високим. При оцінці цієї обставини необхідно мати на увазі, що існують показники якості води, які ще не нормо­вані і тому не контролюються. їх роль для нормального функціонування водних біоценозів недостатньо вивчена і тому непередбачені віддалені наслідки їх впливу на природне сере­довище. Цілком очевидно, що існуючі сьогодні нормативи якості води і правила їх скидання у водойми є компромісом між необхідністю захисту природи, економічними і технологічни­ми можливостями підприємств-водоспоживачів. Оскільки ніякі, навіть найдосконаліші систе­ми очищення не забезпечують якість стічних вод, за всіма показниками адекватну природ­ній воді, скидання води, очищеної після технологічного процесу, у природну водойму не­припустиме і може розглядатися лише як тимчасовий етап розвитку системи водопоста­чання підприємств. Завершенням цього етапу повинна бути лише замкнута схема водопо­стачання без скидання відходів у природне середовище. З екологічної точки зору, термін «очищення води» може розглядатися тільки у зв'язку з процедурою доведення її якості до показників, що відповідають можливості її використання в обороті без погіршення характе­ристик технологічного процесу, а не в зв'язку з можливістю її скидання у водойми.

З екологічної точки зору, альтернативи замкнутим безстічним системам немає. Тому намічено найближчим часом забезпечити в промисловості різке нарощування об'ємів обо­ротно-повторного водопостачання, впровадження у нових і реконструйованих виробництвах в основному безводних і маловодних технологічних процесів.

Для зменшення водоспоживання і розширення застосування замкнутих систем у чор­ній металургії велике значення мають розробка методів і способів комплексного очищення води від різних хімічних домішок, створення високоефективних водоочисних споруд, авто­матизованих систем керування водним господарством підприємств, науково обґрунтоване нормування водоспоживання, нормування якості технологічної оборотної води і т.д.

В останні роки все більше поширення одержують нові високоефективні методи очищення, в основі яких лежать іонний обмін, застосування композиційних та інших мембран (зворотний осмос і електродіаліз) та ін., що прискорюють вирішення проблем скорочення споживання сві­жої води, скидання забруднених стоків і регенерації цінних компонентів.