ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ Учебное пособие

441

разности систем оборотного водоснабжения или невозможности их оборудования.

Системы технического водоснабжения

Прямоточные Оборотные

Технологические Охлаждающие Транспортирующие

Закрытые Открытые

Рис. 5.1. Классификация систем технического водоснабжения

Система оборотного водоснабжения (оборотное водоснабжение) –

это система технического водоснабжения с рециркуляцией воды, предусматривающая необходимую очистку и/или охлаждение при условии многократного использования воды одними и теми же потребителями.

Система оборотного водоснабжения закрытая охлаждающая – это

система оборотного водоснабжения, в которой воду используют в качестве хладагента. В охлаждающих системах циркулирующая в них вода, как пра-

вило, не загрязняется технологическими продуктами, но многократно нагревается и охлаждается, аэрируется и частично испаряется. Оборотная вода, на-

гретая в теплообменных аппаратах, охлаждается в градирнях, в водоемахохладителях, брызгальных бассейнах или других устройствах и циркуляци-

онными насосами снова подается в цикл. В процессе циркуляции происходит

повышение минерализации, коррозионной активности воды, содержания хи-

мических веществ и увеличение микробиологических загрязнений. В этой

связи необходима обработка оборотной воды различными реагентами.

В локальных системах вода используется после восстановления (регенерации) в одном или нескольких технологических процессах.

При централизованном водоснабжении после использования для различных целей вода проходит очистку единым потоком и возвращается на производство.

При смешанном водоснабжении вода одной оборотной системы ис-

пользуется в другой (вода охлаждающей системы – в технологической, технологической – в транспортирующей и т. п.).

При эксплуатации технологических систем водоснабжения, а в отдельных случаях и транспортирующих, оборотная вода загрязняется специфиче-

442

скими производственными продуктами. Технологическая вода, загрязненная химическими соединениями, может представлять опасность для человека при отведении в поверхностные водоемы и последующем повторном использовании.

С гигиенических позиций классификация систем технического водоснабжения основана на степени контакта человека с восстановленной водой. По этому признаку выделяют следующие системы технического водоснабжения:

закрытые – это системы, обеспечивающие водой технологические процессы, исключающие непосредственный контакт работающих и/или населения с технической водой;

открытые – это системы, обеспечивающие водой технологические процессы, предполагающие непосредственный контакт работающих и/или населения с технической водой.

Согласно существующему законодательству не допускается необосно-

ванное использование воды питьевого качества для технического водоснабжения. Использование питьевой воды может быть допущено в исключительных случаях по согласованию с территориальными органами госсанэпиднадзора.

Основным условием применения в закрытых системах технического водоснабжения бытовых, городских и поверхностных стоков является предупреждение возникновения инфекционных заболеваний водного происхожде-

ния. Это требование достигается обеззараживанием воды и соответствующими санитарно-техническими мероприятиями (цветовая маркировка распреде-

лительной сети технического водопровода, исключение соединения его с хо-

зяйственно-питьевым).

В системах оборотного водоснабжения неизбежны безвозвратные по-

тери воды.

Безвозвратные потери воды – это потери воды в системе технического водоснабжения в результате:

испарения, т. е. потерь воды из системы водоснабжения за счет испарения и последующего выноса в виде паров за пределы системы. Измеряют в процентах от расхода оборотной воды или в единицах объема в единицу времени;

уноса капель влаги из охладителя, т. е. потери воды в виде капель, увлекаемых потоком воздуха, проходящего через охладитель, и выдуваемых из охладителя ветром. Измеряют в процентах от расхода оборотной воды или в единицах объема в единицу времени;

утечек воды в грунт, т. е. потери воды из систем оборотного водоснабжения за счет утечек в грунт через неплотности в трубопроводах, арматуре, оборудовании, резервуарах и др. Измеряют в процентах от расхода оборотной воды или в единицах объема в единицу времени;

потери воды от сброса в системы водоотведения; разбрызгивания и др.

Для компенсации безвозвратных потерь постоянно или периодически осуществляют подпитку из источников водоснабжения.

443

5.4.Водоподготовка

Взависимости от целевого назначения к воде предъявляют различные

требования. Например, питьевая вода должна быть безопасной для здоровья

человека, пригодной для приготовления пищи, мытья посуды и др. К воде,

используемой в системах технического водоснабжения, также предъявляют определенные требования. Так, при питании котлов жесткой водой на стенках барабанов, коллекторов и труб откладывается накипь, которая соединяется с поверхностью металла. Накипь имеет низкую теплопроводность, поэтому в результате ее отложений ухудшается теплопередача через загрязненные стенки, и происходят образование свищей, выпучин, разрывы труб, взрывы котлов, ускорение процесса коррозии, перерасход топлива и др. Жесткая вода не пригодна для систем оборотного водоснабжения, в производстве высокосортной целлюлозы, искусственного волокна и др.

Природная вода, как правило, не отвечает перечисленным выше требованиям, поскольку имеет в своем составе примеси, растворенные химические вещества и газы, поэтому вода перед подачей к потребителям в системах водоснабжения проходит водоподготовку.

Водоподготовка это комплекс технологических процессов обработки

воды для приведения ее качества в соответствие с требованиями водопотребителей. Водоподготовка включает:

осветление; обеззараживание;

умягчение; дегазацию (деаэрацию);

дезодорацию; обескремнивание;

обезжелезивание; деманганация;

обесфторирование (удаление избыточного фтор-иона); фторирование;

реминарализацию и др.

Рассмотрим некоторые технологические процессы водоподготовки бо-

лее подробно.

Осветление воды – это устранение мутности воды путем снижения в ней содержания взвешенных веществ с помощью коагуляции с последующим осаждением и фильтрованием.

Обеззараживание воды – это санитарно-технические меры по уничтожению в воде возбудителей заболеваний – бактерий, вирусов и других микроорганизмов. Различают химические (реагентные) и физические (безреа-

гентные) методы обеззараживания воды. Выбор метода в каждом конкретном случае определяется количеством и свойствами обрабатываемой воды, а также требованиями, предъявляемыми к ней.

Умягчение – это удаление из воды соединений кальция и магния. Для этой цели используют каустическую соду NаОН, кальцинированную соду Nа2СО3, тринатрийфосфат Nа3РО4, а также применяют катиониты. Умягчение воды с помощью катионитов основано на способности нерастворимых в воде

444

катионитов (сульфоугля, синтетических смол) заменять катионы Nа+ и Н+, которые находятся в них, на катионы Са+ и Мg+, находящиеся в воде.

Дезодорация воды – это устранение нежелательных запахов и привкусов, ухудшающих органолептические (вкусовые) качества природных вод, путем аэрации или коагулирования примесей воды и ее флокулирования с последующим отстаиванием и фильтрованием. Аэрированием невозможно устранить стойкие запахи и привкусы, обусловленные примесями воды нелетучего характера, а также вызванных присутствием в ней минеральных и органических загрязнителей антропогенного происхождения.

Дегазация (деаэрация) воды – это удаление из воды растворенных га-

зов – коррозионноактивных углекислоты, кислорода, сероводорода и, реже, взрывоопасного метана (в смеси с воздухом) и др. Существуют различные

способы дегазации: химический, термический и др. В основу химических

процессов дегазации воды положены использование сильных окислителей или других реагентов, а также фильтрование обрабатываемой воды. При тер-

мическом способе, который используют, например для дегазации питательной и подпиточной воды котлов, растворение в воде газов уменьшается с повышением температуры и совсем прекращается при достижении температу-

ры кипения, когда растворенные газы полностью удаляются из воды. Обескремнивание – это удаление избыточного кремния из воды. По-

скольку формы присутствия кремния в воде многообразны, то для обескремнивания воды используют различные процессы: осаждение известью, сорбция гидроксидами, ионным обменом и коагуляцией.

Обесжелезивание – это удаление избыточного количества соединений

железа из природных вод путем коагуляции взвешенных частиц гидрооксида

железа и последующем их удалении аналогично процессам осветления воды. Для этого необходимо окислить железо, т. е. перевести его из двухвалентного

в трехвалентное состояние, или же разрушить (также путем окисления) стойкие комплексные соединения с образованием нерастворимых форм трехвалентного железа. Это достигают в результате применения реагентной (поверхностные воды) и безреагентной (подземные воды) технологии водоподготовки.

Деманганация – это удаление избыточного количества соединений марганца из природных вод. Процессы деманганации основаны на том, что

двухвалентный марганец медленно окисляется в трех- и четырехвалентный ион при помощи растворенного в воде кислорода или других окислителей. Трех- и четырехвалентный марганец в свою очередь гидролизуется и выпадает в осадок виде малорастворимых в воде гидрооксидов Mn(ОН)3 и Mn(ОН)4.

Обесфторивание воды – это удаление избыточного фтор-иона из воды; профилактическая мера борьбы против флюороза. Сущность процесса обесфторивания поверхностных вод заключается в процессах адсорбции фтор-иона на специальных сорбентах. Этот метод обесфторивания воды обычно предусматривают одновременно с ее осветлением. Для извлечения

избыточного фтор-иона из подземных вод используют мембранные способы или фильтрование через специальные фторселективные материалы.

Фторирование воды – это процесс искусственного обогащения воды соединениями, содержащими фтор; профилактическая мера борьбы против

445

кариеса. Фторирование воды проводят при содержании фтора в воде менее 0,5 мг/л. В России и в большинстве других стран для фторирования воды наиболее часто применяют такие фторсодержащие соединения, как кремнеф-

тористый натрий (Na2SiF6), фтористый натрий (NaF), кремнефтористоводо-

родную кислоту (Н2SF6), кремнефтористый аммоний ((NН4)2SiF6), фтористый кальций (СаF2), плавиковую (фтористоводородную) кислоту, кремнефтори-

стый калий (К2SiF6), кремнефтористый алюминий (Al2(SiF6)3), фтористый

алюминий (AlF) и некоторые др.

Реминерализация воды – это коррекция солевого (макроэлементного) состава питьевой воды для повышения ее физиологической полноценности и улучшения вкусовых свойств. Она может проводиться по пути общей реминерализации или обогащения воды отдельными макроэлементами.

Реминерализация воды направлена на обеспечение необходимой в соответствии с нормативными требованиями композиции макроэлементного

состава, а также на повышение общего уровня солесодержания. Реминерали-

зацию воды обязательно проводят с учетом диапазонов оптимального солесодержания питьевой воды.

В процессах приготовления питьевой воды контролируют содержание

кальция и гидрокарбонат-ионов. При несоответствии состава воды нормативным требованиям проводят обогащение ее гидрокарбонатом кальция и, в

некоторых случаях, ионами магния.

5.5. Водопотребление

Гражданина или юридическое лицо, получающих в установленном по-

рядке воду от водопользователя для обеспечения своих нужд, называют во-

допотребителем, а их юридически обусловленную деятельность – водопо-

треблением.

Расчетный (плановый) объем водопотребления определяют на основе производственной программы и норм водопотребления с учетом мероприя-

тий по снижению расхода воды, потерь воды при транспортировании на испарение, фильтрацию и т. п. и расходы воды на нужды прочих потребителей,

находящихся на балансе предприятий,

L Wp(п) Wcв Б Wкх ,

где L – количество свежей воды в системе водопотребления предприятием, м3/год; Wp(п) – расчетный (плановый) объем водопотребления, м3/год;

Wp(п) Wт.св Wв.св Wx.св Э;

где Wт.св , Wв.св , Wх.св – расчетные объемы свежей воды, используемой на тех-

нологические нужды основного производства, во вспомогательном и подсобном производствах, а также на хозяйственно-питьевые нужды, м3/год; Wсв – объем воды, используемой водопотребителями, не находящимися на балансе

446

предприятия, рассчитанный на основании норм и нормативов водопотребления, м3/год; Б – потери воды при транспортировании ее по предприятию, м3/год; Э – планируемая экономия воды по этапам внедрения запланирован-

ных организационно-технических мероприятий, м3/год; Wкх – объем воды,

забираемый из систем коммунального водоснабжения.

При прямоточной системе водоснабжения весь объем воды, исполь-

зуемой для технологических, вспомогательных и подсобных, а также хозяй-

ственно-питьевых нужд, обеспечивается свежей водой.

При оборотной системе водоснабжения расчетные объемы свежей воды, используемой на технологические нужды основного производства, а также на нужды вспомогательного и подсобного производств, представляют собой величину добавочного количества свежей воды, подаваемой в систему оборотного водоснабжения и необходимой для нормального ее функционирования.

Количество воды Q, поступающей на предприятие, складывается из количества технической воды Qт, количества питьевой воды, расходуемой на производственные нужды, Qп.пp и количества питьевой воды, используемой для хозяйственно бытовых целей, Qп.x

Q Qт Qп.пр Qп.х.

Общее количество поступающих в водоем сточных вод Qcт включает: количество очищенных производственных сточных вод Qпp.cт, повторное использование которых невозможно по технологическим условиям; количество

очищенных бытовых сточных вод Qбыт.cт; количество сточных вод Qусл.чист, не требующих специальной очистки (условно чистые); количество фильтраци-

онных вод из прудов – осветлителей и шламонакопителей Qф.

Таким образом, общее количество сточных вод

Qст Qпр.ст Qбыт.ст Qусл.чист Qф.

Эти сточные воды после общей или локальной очистки могут быть

частично или полностью повторно использованы в количестве Qп.исп для пополнения системы оборотного водоснабжения данного технологического процесса или направлены в другие технологические процессы, где требования к качеству воды менее жесткие, после чего будут выпущены в водоем. Тогда количество сточных вод, сбрасываемых в водоем,

Qсбр.вод Qст Qп.исп.

С учетом повторного использования очищенных сточных вод в системе водоснабжения потребуется вода из источника:

Qист Q Qп.исп.

447

Требования к качеству воды устанавливают в зависимости от ее назначения и условий проведения конкретного технологического процесса.

Эффективность использования воды оценивают следующими показателями:

1) доля воды, используемой в обороте, %,

2) рациональность использования воды, забираемой из источника,

Ки Qист Qсыр Qсбр.вод 1,

Qист Qсыр

3) безвозвратное потребление и потери воды

В этих формулах Qист и Qсыр – количество воды, забираемой из источника и поступающей в систему водоснабжения с сырьем и другими материалами; Qсбр.вод – количество сточных вод, сбрасываемых в водоем; Qпосл и Qоб – количество воды, используемой последовательно и в обороте.

Среднегодовые расходы воды и количество сточных вод определяют по формуле

W NQ ,

где N – объем производства; Q – среднегодовая укрупненная норма

расхода воды или количества сточных вод на единицу продукции (работы). Если в состав данного предприятия входит ряд самостоятельных про-

изводств, то расходы воды и количество сточных вод

NQ N1Q1 N2Q2 N3Q3 ... NnQn .

Для вычисления расходов воды также учитывают неравномерность потребления воды, которая характеризуется коэффициентами суточной и часовой неравномерности водопотребления.

Коэффициент суточной неравномерности выражает отношение суточного расхода в сутки (м3/сут) наибольшего водопотребления к среднесуточ-

ному расходу воды за год.

Отношение максимального часового расхода к среднечасовому расходу за сутки наибольшего водопотребления называют коэффициентом часовой неравномерности.

448

5.6. Сточные воды и их классификация

Сточная вода – это отработанная вода промышленного предприятия, удаляемая с территории предприятия или направленная на водоочистку. Сточную воду, которая после соответствующей очистки и обработки используется для тех или иных технологических целей, либо для восполнения систем оборотного водоснабжения, называют сточной водой, повторно используемой. Сточные воды условно подразделяют на три категории:

производственные – это воды, сбрасываемые в установленном порядке в водные объекты после их использования или поступившие с загрязненной территории;

бытовые – это воды, поступающие от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий (сооружений), а также от душевых установок, имеющихся на территории предприятия (промышленной площадки);

поверхностные – это воды, поступающие в водный объект с загрязненной застроечной территории по самостоятельной сети в результате выпадения атмосферных осадков, полива и мойки территории.

Производственные сточные воды делят на загрязненные и незагрязненные (условно чистые). Состав сточных производственных вод зависит от ви-

да перерабатываемого сырья, технологических процессов производства про-

дукции, свойств применяемых компонентов промежуточных изделий, мате-

риалов, состава используемой воды и других факторов. Количество производственных сточных вод зависит от норм и нормативов водопользования.

Количество бытовых сточных вод на предприятии зависит от санитар-

ной характеристики технологического процесса, общего числа работников и норм водоотведения на одного работника.

Поверхностные сточные воды подразделяют:

на дождевые (их количество определяют в зависимости от местных условий – интенсивности дождей (л/с на 1 га), рельефа местности и благоустройства территории);

талые – воды от таяния снега; их количество рассчитывают в зависимо-

сти от зоны (1, 2, 3, 4), где расположено предприятие (по карте зонирования территории России по условиям стока талых вод), коэффициента, учитывающего объем стока талых вод; он зависит от зоны: 1 – 0,47, 2 – 0,56, 3 – 0,69 и 4 – 0,77), а также от слоя осадков за холодный период года (определяют по данным территориального округа Гидрометеослужбы);

поливомоечные – это воды от полива (мойки) твердых покрытий территории предприятия; их количество определяют в зависимости:

от расхода воды на одну поливку (мойку) – принимают по данным уче-

та или 1,2–1,3 л/м2;

количества поливок (моек) в год – по данным учета или в соответствии с нормативными документами, регламентирующими правила эксплуатации

промплощадок; коэффициента стока (отношение количества стекающей воды к количе-

ству выпавшей за единицу времени) – принимают равным 0,5.

449

Сточные воды при соблюдении определенных условий направляют в системы водоотведения (канализации).

5.7. Водоотведение

Водоотведение – это технологический процесс, обеспечивающий прием сточных вод с последующей передачей их на очистные сооружения.

Система водоотведения – это совокупность трубопроводов, зданий, сооружений и оборудования для приема и отвода сточных вод за пределы населенных мест или предприятий и для очистки перед выпуском их в водные объекты или на рельеф. Основными элементами системы водоотведения являются:

канализационная сеть – система трубопроводов, каналов и сооружений для приема, сбора и отведения сточных вод;

канализационная насосная станция – сооружение, оборудованное на- сосно-силовой установкой для транспортирования сточных вод;

станция очистки сточных вод – комплекс зданий, сооружений и устройств для очистки сточных вод и обработки осадков, образовавшихся после очистки;

выпуск сточных вод – трубопровод, отводящий очищенные сточные воды в водный объект или на рельеф.

В зависимости от категории сточных вод различают следующие системы водоотведения:

общесплавную – когда сточные воды всех категорий отводятся единой сетью. Ее применение целесообразно при наличии мощного водоема, водотока, высокой степени благоустройства, отсутствии надобности перекачивать сточные воды и возможности применения простейших методов их очистки; раздельную, которую подразделяют на полную раздельную, неполную раздельную и полураздельная. При полной раздельной системе устраиваются две самостоятельные подземные сети трубопроводов и каналов, из которых одна служит для отведения бытовых и загрязненных производственных сточных вод, а вторая – для отведения поверхностных и условно чистых производственных сточных вод. Если при системе полной раздельной системы водоотведения осуществляется строительство только бытовой сети, то систему называют неполной раздельной. Полураздельную систему водоотведения предусматривается в виде двух сетей, одна из которых предназначена для всех категорий сточных вод, а другая – а другая только для поверхност-

ных вод.

Для того, чтобы определить расчетные расходы сбрасываемых сточных вод необходимо знать нормы и неравномерность водоотведения в разные сутки и в отдельные часы суток, которая характеризуется коэффициентами не-

равномерности водоотведения. Понятие о коэффициентах часовой и суточной неравномерности водоотведения аналогичны коэффициентам часовой и

суточной неравномерности водопотребления.

Условия выпуска производственных сточных вод в городскую систему водоотведения, водные объекты и на рельеф местности регламентируются Водным кодексом РФ, Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения

450

сточными водами, гигиеническими нормативами, стандартами и другими нормативными документами.

Выпуск производственных сточных вод в городскую систему водоотведения производится при соблюдении следующих условий:

они должны иметь температуру не выше 40 °С; не должны нарушать работу коммунальных сетей и сооружений;

в них не должно содержаться более 500 мг/л взвешенных и всплывающих веществ;

не должны содержать вещества, способные засорять трубопроводы и отлагаться на их стенках;

не должны оказывать разрушающее действие (например, в результате коррозии) на материал трубопроводов и элементы сооружений системы водоотведения;

не должны содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси в системах водоотведения;

не должны содержать загрязняющие вещества в концентрациях препятствующих биологической очистке или сбросу их в водный объект, на рельеф.

Выпуск производственных сточных вод в водные объекты производится с учетом соблюдения требований к составу и свойствам воды в водных объектах в зависимости от вида их целевого использования (табл. 5.1 и 5.2), а также к допустимому содержанию химических веществ.

Таблица 5.1

Общие требования к составу и свойствам воды водных объектов у пунктов

хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования