Лекция 3. Использование сточных вод в оборотных и замкнутых системах водоснабжения.

План:

1. Свойства и классификация вод.

2. Оборотное водоснабжение.

3. Технологическая вода и сточные воды.

4. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий.

1. Свойства и классификация вод.

Вода играет решающую роль во многих процессах, протекающих в природе, и в обеспечении жизни человека. В промышленности воду используют как сырьё и источник энергии, как хладоагент, растворитель, экстрагент, а также для транспортирования сырья и материалов.

Общее количество природной воды на Земле составляет 1386 млн. км³. Свыше 97,5% - соленые воды. Количество пресной воды - 35 млн. км³. Однако подавляющая часть пресной воды является трудно доступной, так как в основном находится в полярных ледниках и водоносных слоях под землей. В СССР запас пресных поверхностных вод достигает 40,5 тыс. км³. Объем потребления пресной воды в мире достигает 3900 млрд. м³/ год. Около половины этой воды потребляется безвозвратно, а другая возвращается в виде сточных вод.

Природная вода - вода, которая качественно и количественно формируется под влиянием естественных процессов при отсутствии антропогенного воздействия. В зависимости от степени минерализации (г/л) воды делятся:

- пресные, содержание солей < 1

- солоноватые 1-10.

- соленые 10-50.

- рассолы > 50

В свою очередь, пресные воды подразделяются на воды малой минерализованности (до 200 мг/л), средней минерализованности (200-500 мг/л) и повышенной минерализованности (500-1000 мг/л). По преобладающему иону все воды делятся на гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные.

Физические свойства воды - ρ=999 кг/м³ (t=15º С). С увеличением количества примесей ρ увеличивается.

Электрические свойства - вода - слабый проводник электрического тока. Наличие солей увеличивает проводимость.

Воду, используемую в промышленности, подразделяют на охлаждающую, технологическую и энергетическую.

Вода часто служит для охлаждения жидких и газообразных продуктов, в теплообменных аппаратах. В этом случае она не соприкасается с материальными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается. В промышленности 65-80% расхода воды потребляется для охлаждения.

Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывающую и реакционную. Средообразующую воду используют для растворения веществ и образования пульп, при обогащении переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов производства.

Промывающую - для промывки газообразных (адсорбция), жидких (экстракция) и твердых продуктов и изделий.

Реакционную - в составе реагентов, а также при азеотропной перегонке и аналогичных процессах.

Технологическая вода непосредственно контактирует с продуктами и изделиями. Энергетическая вода используется для получения пара и нагревания оборудования.

2. Оборотное водоснабжение.

Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды - это создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения. Схема оборотного водоснабжения показана на рис. 3.2.1

Рис. 3.2.1.

При оборотном водоснабжении следует предусмотреть необходимую очистку сточной воды, охлаждении оборотной воды и повторное использование сточной воды. Применение оборотного водоснабжения позволяет в 10-50 раз уменьшить потребление природной воды. Например, для выработки 1 тонны каучука при прямоточном водоснабжении в старых производствах требуется 2100 м³ свежей воды, а при оборотном – 165м³. При оборотном водоснабжении значительно уменьшаются капитальные и эксплутационные затраты. Во всех отраслях промышленности доля оборотной воды возрастает ; в химической промышленности она достигает 82,5 %, эффективность использования воды в производстве оценивается рядом показателей:

- процент оборота воды Роб. = Qоб. / (Qоб. + Qи) ∙ 100.

- коэффициент использования воды Ки = (Qи - Qсб) / Qи ≤ 1

- кратность использования воды n = (Qсб + Qи) / (Qи + Qc) >1

- безвозвратные потери воды и её потери в производстве (%).

Kn = (Qи-Qсб) / (Qоб. + Qи) ∙ 100

Qоб. – общее количество оборотной воды, м³/ч.

Qи – количество воды, забираемой из источника.

Qсб – количество воды, сбрасываемое предприятием

Qс – поступление воды из сырья, м³/ч.

Оборотная вода должна соответствовать определенным значениям показателей : карбонатной жесткости, рН, содержанию взвешенных веществ, и биогенных элементов, значению ХПК (химическая потребность в кислороде), определяющих термостабильность и интенсивность био в оборотной системе.

Оборотную воду используют в теплообменной аппаратуре для отведения избыточного тепла. Она многократно нагревается до 40-45ºС и охлаждается в градириях или брызгальных бассейнах.

Значительная часть её теряется в результате брызгоуноса и испарения.

Для предотвращения инкрустации, коррозии, биологического обрастания, часть оборотной воды выводят из системы (продувочная вода), добавляя, свежую воду из источника водоснабжения. При движении воды на поверхности труб и теплообменников откладывается карбонат кальция по реакции: Ca² + 2HCO3 ← CaCo3 + Co2 + H2O. Растворимость карбоната с ростом температуры уменьшается. Основным требованием к воде, расходуемой на подпитку, является ограничение на карбонатную и сульфатную жёсткости. Ограничивается также содержание взвешенных частиц.

Для предотвращения биологического обрастания аппаратов и сооружений, в оборотной воде должно быть ограничено содержание органических веществ и соединений биогенных элементов (N, P).

Требования к качеству воды в охлаждающей системе оборотного водоснабжения даны в табл. 3.2.1.

Табл. 3.2.1.