3.9.2.2. Системы промышленного водоснабжения

Они существенно влияют на объем водопотребления и разделяются на:

• прямоточные;

• оборотные;

• повторные;

• комбинированные.

Использование той или иной схемы зависит от дефицита водных ресурсов, а также от экономических и экологических требований. Наиболее простая - прямоточная схема.

Wп = Wб.в. + Wс.б.

Wп – объем полного водопотребления,

Wб.в. – объем безвозвратного водопотребления,

Wс.б. – объем сбросных вод

Вода с помощью насосной станции забирается из водного объекта (Источник), подается к предприятию и после использования и соответствующей очистки сбрасывается в водоток на соответствующем расстоянии от водозабора. Эти системы используются при достаточности водных ресурсов при малом водопотреблении и незначительном загрязнении использованных вод.

При большом водопотреблении, особенно при дефиците воды и возможностях ее загрязнения, используют системы оборотного водоснабжения.

При этой схеме отработанные воды, пройдя охлаждающие или очистные устройства, вновь направляются в производственный цикл. Предусматривается периодическое пополнение системы свежей водой для компенсации потерь. Wп = Wбв + Wсб + Wоб; Wподпитка = Wбв + Wсб

Если вода используется для охлаждения, то системы оборотного водоснабжения подразделяют на открытую и закрытую. В открытой вода охлаждается путем ее контакта с воздухом в градирнях, брызгальных бассейнах или прудах – охладителях. В закрытых оборотная вода не имеет контакта с атмосферным воздухом и охлаждается в теплообменных аппаратах и испарителях холодильных станций. Если отработанная вода загрязнена, то в схеме оборотного водоснабжения предусматривают очистные сооружения.

Применение оборотного водоснабжения дает существенную экономию воды. Такие системы используются и дают большой экономический эффект при расположении промышленных площадок выше уровня водоема или на больших расстояниях от водоисточника, так как в обоих случаях требуются промежуточные подкачивающие станции обеспечения подачи воды.

Такие системы функционируют в маловодных областях Урала, Украины, Казахстана.

Повторная система водоснабжения. Ее сущность состоит в том, что после завершения технологической операции в одном цехе отработанная вода без дополнительной очистки или обработки поступает в другой цех, где тоже обеспечивает выпуск продукции. Иногда возможно многократное использование воды в ряде цехов, после чего она в загрязненном виде поступает на очистные сооружения. Во многих странах Западной Европы кратность ее использования достигает 10-14 раз.

Отработанная вода часто используется для гидравлического удаления окалины, шлака и золы (гидрозолоудаление). В отдельных случаях горячие отработанные воды можно использовать для обогрева жилых помещений и парников, а теплые воды от ТЭЦ – для орошения, обводнения, рыбоводства. Многократное использование воды в технологических процессах часто загрязняет воду настолько, что для дальнейшего использования требуется локальная очистка.

Выглядит вся система так

Wподп = Wбв1 + Wбв2 + Wсб

Комбинированная система является наиболее перспективной системой

Водоснабжения

Wпод = Wбв1 + Wбв2 + Wсб

Wполн = ∑Wбв + Wсб + ∑Wоб

Дальнейший прогресс в водном хозяйстве и обществе в целом связывается с развитием оборотных, повторных и комбинированных систем водоснабжения для всего предприятия или его отдельных цехов. При этом требуется устройство локальных очистных сооружений и охладители без выпуска сточных вод в водоемы.

Сброс допускается в том случае, если для повторного использования вод.

только при невозможности или нецелесообразности применения воды в системе оборотного водоснабжения требуется ее обработка химическими реагентами. При определении объемов воды, потребляемой этими системами, используют следующие показатели. Объем полного водопотребления Wпхарактеризует общую водоемкость производства. Wп = Wподпитка + Wоб, т.е. сумма объемов и оборотной воды.

Wподпитки, т.е. объем свежей воды – это сумма объемов безвозвратного Wбв и объемов водоотведения – Wсб

Wподп(св.воды) = Wбв + Wсб

Wоб – оборотный объем – это объем воды, многократно используемый в системах оборотного водоснабжения

Wбв – безвозвратное водопотребление в промышленности

Оно формируется за счет следующих источников:

• объемов воды, вошедших в состав продукции и отходы;

• потерь воды в процессе водопотребления и в водопроводной сети;

• потерь воды в процессе производства (очистки и охлаждения);

• объемов загрязненных стоков, подлежащих уничтожению из-за трудностей или неэкономичности очистки. Это выпаривание, сжигание, закачка в подземные изолированные горизонты.

Объемы безвозвратного водопотребления в промышленности зависят от функции воды и системы водоснабжения и измеряются величиной удельных безвозвратных потерь, т.е. потерь воды на единицу выпускаемой продукции. Они колеблются от 2% для оборотной системы водоснабжения.

По видам производства безвозвратные потери дифференцируются очень значительно. Так, при добыче нефти вода извлекается из одного горизонта и закачивается в нефтесодержащие пласты. Для горизонта, из которого извлекаются, они теряются безвозвратно. В нефтеперерабатывающей промышленности около 50% потребления свежей воды теряется безвозвратно. Около 75% общего безвозвратного потребления в промышленности входит в состав продукции, т.е. это не бесполезные потери.

Наименьшие потери – при охлаждении воды на ТЭС – всего 1%, причем в прямоточных системах они меньше, чем в оборотных, так как в открытых оборотных системах добавляются потери на испарения, ветровой унос, фильтрацию через дно и борта прудов – охладителей.

Wсб – это объем сбрасываемых сточных вод, т.е. водоотведение. Его величина зависит от схемы водоснабжения. При прямоточной оно максимально и равно Wсб =Wп – Wбв.

Для разбавления сбросных, т.е. очищенных промышленных вод в зависимости от отраслей промышленности и экономических районов требуется воды в 8-10 раз больше, чем объем сбрасываемых вод. Разбавляют сточные очищенные воды речными, либо в водохранилищах. Если спуск осуществляется в нижний бьеф гидроузла, то из водохранилища производят специальные попуски. В некоторых случаях строятся специальные водохранилища как, например, Крапивинское на р. Томи. Главное его назначение – разбавление стоков, сбрасываемых в р. Томь предприятиями Кузбасса, в том числе при аварийных выбросах. При оборотной системе объемы сбрасываемых вод значительно меньше. Они образуются:

• при “продувке” системы, т.е. ее очистке для предупреждения зарастания и поддержания в ней солевого баланса (для “освежения” воды);

• воды, которые нецелесообразно или невозможно использовать повторно по технологическим или иным причинам.

Потребление свежей воды при оборотном водоснабжении значительно меньше, чем при прямоточном. Так, для выработки 1 т. стали при оборотной системе необходимо забирать свежей воды в 10 раз меньше, чем при прямоточной; при выработке каучука – в 12 раз, медной руды – в 20 раз.

При повторной схеме водоотведение включает сбросные воды последнего звена, т.е. Wсб тем меньше, чем больше число звеньев. В некоторых случаях стока вообще может не быть – если после последнего звена образовавшиеся сточные воды уничтожаются, в том числе путем закачки в нефтяные пласты или сжигания.

В целом совершенствование технологии производства должно приводить к сокращению сбросных вод.

Таким образом, при оборотной, повторной и комбинированной системах водоснабжения потери Wвб больше, а объемы стоков Wсб меньше, чем при прямоточных системах.

Эффективность систем промышленного водоснабжения и их техническое совершенство характеризуются коэффициентами оборотного водоснабжения Коб и кратностью использования воды – “п”.  

Показатели Коб и “n” подсчитываются для отдельных предприятий, отраслей, районов и страны в целом. На передовых предприятиях Коб = 0,95-0,97. На Рязанском нефтеперерабатывающем заводе Коб = 0,97. По различным видам промышленности он колеблется от 0,45 в пищевой промышленности до 0,86 в нефтехимической и составляет:

• Черная металлургия – 0,85

• Цветная - 0,80

• Нефтехимия - 0,86

• Машиностроение - 0,70

• Целлюлозно-бум - 0,65

• Легкая - 0,60

• Пищевая - 0,45

Как видно из этих цифр, наиболее рационально используется вода в черной металлургии, в нефтехимической и химической промышленности, где высокое значение Коб и кратность использования воды “n” = 4,5-6,3.