3.9.2.3. Требования к качеству воды в промышленности и виды промышленного загрязнения

Требования к качеству воды разнообразны и зависят от функции воды в производстве. Названные ранее 6 функций воды можно объединить в 4 группы:

I – теплоноситель (это функции теплоносителя и охладителя);

II – среда (это растворение и транспортировка растворенных и нерастворенных компонентов);

III – сырье (т.е. входящая в состав продукции);

IV – смешанное (комплексное) использование.

В каждой группе и в каждом конкретном производстве требования к качеству воды определяются требованиями технологического процесса. Однако для всех функциональных групп использования воды имеются общие требования. Они состоят в следующем: 

1. вода, используемая для хозяйственно-питьевых нужд работающих на производстве, должна отвечать требованиям к питьевой воде в коммунальном водоснабжении, т.е. требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01;

2. Вода, используемая для технологических нужд, должна быть безвредной для работающих на производстве и не обладать отрицательными органолептическими свойствами (особенно при открытых системах охлаждения);

3. Не должна оказывать коррозионного воздействия на аппаратуру, трубопроводы и сооружения;

4. Не должна выделять карбонатных отложений, т.к. они вызывают зарастание труб, образуют корки на стенках паровых котлов и резко снижают их КПД;

5. Не должна способствовать развитию биологических обрастаний

6. Не должна снижать технико-экономические показатели производственного процесса и создавать аварийный режим

От качества воды, используемой в производстве, зависит качество продукции и срок работы оборудования. 

Наиболее высокие требования предъявляются к воде, служащей технологическим сырьем и входящей в состав продукции. Это вода III группы. Они регламентируются техническими условиями отрасли или предприятия (ТУ). В ряде отраслей требования к качеству воды выше, чем к питьевой воде. Так, при изготовлении фото- и кинопленки, фотобумаги в воде не должно быть Fe, Mn, Pi (HuSiO), ограничивается окисляемость воды (т.е. ∑ ОВ) и содержание хлоридов. В воде, используемой для приготовления растворов кислот, щелочей, красителей, мыла Ж ≤ 0,35 мг.экв/л.

Пищевая промышленность предъявляет свои требования. Так, при производстве пива допускается лишь незначительное содержание СаSО4. При производстве вина, молочных продуктов, консервов вода не должна содержать СаСl2 и MqCl2, а в сахарном производстве легко разлагающихся ОВ, т.е. БПК должно быть низким. В хлопчатобумажной промышленности ПО должна быть близка к “0”, не должна иметь цветности, Fe – до 0,1 мг/л, должна быть высокая прозрачность. Наименьшие требования предъявляются к воде, используемой как теплоноситель и для гидротранспорта, т.е. I и III группа. Она не должна содержать механических примесей более нормы и крупнее допустимых размеров, не должна вызывать коррозию металла, разрушение бетона, биологическое обрастание охладителей. В паросиловом хозяйстве дополнительно к указанным требованиям вода не должна давать накипи и вспениваний. Образованию накипи в наибольшей мере способствуют соли, растворимость которых уменьшается с увеличением t0 – CaCO3, CaSO4, CaSiO3, MqSiO3, CaSo4. Они образуют твердую накипь на стенках котлов. Натриевые соли – Na2CO3, NaHCO3, Na2SO4, Na3PO4, NaCl – осаждаются только из высококонцентрированных растворов, формируя накипь в виде рыхлого шлама. Вспенивание воды в котлах создает фосфаты, щелочи, смазочные масла, СПАВ. Кроме вспенивания, они загрязняют пар и отлагаются на лопатках турбин на ТЭЦ и ТЭС. Уменьшению вспенивания способствуют хлориды и сульфаты, т.к. они коагулируют коллоиды фосфатов, что способствует переводу последних в осадок.

Вода, используемая для охлаждения машинных агрегатов, должна иметь t ≤ 25-300 С. Оборотная вода для этих целей охлаждается на градирнях или других сооружениях. Вода должна быть термостабильной. Это значит, что при многократном нагревании и охлаждении до первоначальной t0 не должна выделять в теплообменных аппаратах, холодильниках и трубопроводах CaCO3 и другие соли более 0,25 г/м2час или образовывать слой более 0,08 мм/час

Для нужд сельского хозяйства. Требования дифференцируются в зависимости от видов использования. Для водопоя животных требуется вода питьевого качества. Для водопоя животных (птиц, зверей, животных на фермах) необходима вода питьевого качества. При ее отсутствии допускается использовать воду с минерализацией до 5-10 г/л и Жобщ до 45 мг-экв/л. Допускается повышенная цветность (более 200), привкусы и запахи, t0 = 8-15 С. Качество воды принимается в зависимости от вида и возраста животных. Использование воды не питьевого качества в каждом конкретном случае должно быть разрешено органами ветеринарного надзора. Для аридных и полуаридных районов утверждены специальные нормы качества воды для водопоя и хозяйственных нужд.

При использовании воды для орошения она не должна вызывать засоление почв. Четко сформулированных требований к качеству воды для орошения нет. Ориентируются, в основном, на опыт. Практика показала, что Na2SO4 и MqSO4, а также NaHCO3 и NaCl засоляют почвы и выводят их из сельхозоборота. При небольших количествах этих солей в воде они могут использоваться для орошения, минерализация таких поливных вод не должна превышать 1,5 г/л. Воды с минерализацией до 1 г/л пригодны для орошения без ограничений. Исключение, очевидно, должны составить пресные и даже маломинерализованные воды, в которых природный состав под влиянием антропогенной нагрузки полностью трансформировался и превратился в хлоридный, нитратный или смешанный.

При смешанном использовании воды (гр. IV), она одновременно может быть транспортирующей, поглощающей, эпетрагирующей (т.е. извлекающей) средой и одновременно служит теплоносителем (например, при очистке газов). Поэтому качество воды должно удовлетворять требованиям, предъявляемым к воде I, II и III категорий в зависимости от ее роли в комплексном процессе. Перед каждым циклом использования в системах оборотного водоснабжения вода перед повторным применением очищается от загрязнений и охлаждается.

Следует отметить, что термостабильность и коррозионность воды, используемой для охлаждения или обогащения продукта при их непосредственном соприкосновении, обусловливаются свойствами этого продукта. Поэтому в формировании свойств оборотной воды свойства и качество природной воды решающей роли не играют. В целом качество воды, используемой как теплоноситель и среда, т.е. I и II групп, разделяется на 3 категории.

Первая категория – это вода, используемая как теплоноситель. Она имеет 3 вида требований в зависимости от температур охлаждения. 

Вторая категория включает воду, используемую на обогатительных фабриках, при гидро- и золоудалении, т.е. воду без нагрева.

Третья категория – это улавливание и чистка газов, гашение пожара, т.е. вода, работающая с нагревом.

Для доведения воды до необходимого качества применяются различные способы очистки. Наиболее простой способ – это удаление грубодисперсных примесей, взвешенных веществ и гумусовых соединений. Для удаления грубодисперсных веществ применяют отстойники, для взвешенных и органических – коагулирование и фильтрацию через песчаные фильтры, т.е. перевод взвесей в осадок и их осаждение на фильтрах.

Чтобы исключить биологическое обрастание трубопроводов и оборудования, воду периодически хлорируют, а охладители воды (градирни) обрабатывают CuSO4 (медным купоросом).

Чтобы избежать коррозии металла и бетона, воду обрабатывают специальными ингибиторами, в первую очередь, поддерживают на определенном уровне рН. Кроме рН, показателями агрессивности воды к металлу является содержание хлоридов (Cl) и сульфатов (SO4), t0С, общее количество солей. С повышением концентрации растворенных солей более 1000 мг/л, Cl и SO4 более 150 мг/л и снижением карбонатной жесткости менее 2 мг-экв/л, с увеличением t0 до 700 С коррозия металла увеличивается. Поэтому термальные воды, в т. ч. засоленные, являются агрессивными. Там, где требуется добавка F, применяют фторирование (в воду добавляют NaF), при его избытке применяют сернокислотную обработку. Для обезжелезивания воды (т.е. перевод Fe2+ в Fe3+), применяют аэрацию, затем коагуляцию, обработку КМnО4 и др. Для снижения жесткости вод применяют содовое умягчение, а для подземных вод (т.е. при большой жесткости) – ионный обмен, электролиз, дистилляцию, гиперфильтрование.

Что касается экологических последствий промышленного производства для водных ресурсов, то общая картина представлена в таблице. Теплоэнергетика своими стопами обеспечивает, главным образом, термическое загрязнение водных объектов, частично – механическое. При использовании воды в качестве среды технологических процессов она загрязняется, в основном, грубодисперсными взвесями. Наибольшее и разнообразнейшее химическое загрязнение вода получает при использовании в качестве сырья и растворителя. Смешанное использование обеспечивает разнообразное загрязнение.