Пути сокращения водопотребления

Суточное водопотребление промышленных предприятий доходит до миллиона кубометров, поэтому проблема рационального использования водных ресурсов стоит весьма остро. Это связано не только с охраной природы, предотвращением загрязнения водных источников, а и с экономическими вопросами. Очевидно, что большое водопотребление приводит к повышению себестоимости продукции.

Пути сокращения водопотребления предприятий:

• Внедрение замкнутых водооборотных систем. В таких системах стоки и атмосферные осадки собираются, очищаются, а затем повторно используются в производственных процессах.
• Внедрение в производство новых технологий, которые характеризуются низким водопотреблением.
• Создание локальных очистных систем. На них из стоков извлекаются ценные компоненты, затем вода очищается и подготавливается к повторному использованию.
• Установка воздушного охлаждения вместо водяного.
• Выявление утечек в трубопроводах и их устранение.

Практические примеры

Уменьшить расход промывочной воды можно путем использования более качественного исходного сырья, применения неводных растворителей. Также добиться снижения расхода можно заменой периодической промывки на постоянную с использованием противотока.

Использование очищенных стоков для подпитки оборотных систем позволяет снизить не только водопотребление, а и количество сбрасываемых стоков.

На металлургических предприятиях сокращение водопотребления может достигаться за счет использования испарительного охлаждения печей и кристаллизаторов, очистки газов сухими методами, усовершенствования охлаждения металлов и прокатного оборудования.

Сокращение потерь воды

Замена оборудование и внедрение новых технологий на предприятиях требуют больших финансовых вложений, которые окупаются не слишком быстро. Нередко существенно снизить водопотребление можно, выявив и устранив утечки. Сложность заключается в том, что многие повреждения труб невозможно выявить путем визуального осмотра.

Часто место протечки находится под землей. Для точной диагностики технического состояния коммуникаций, выявления всех имеющихся проблем необходимо привлекать специалистов, которые проведут обследование с использованием современной аппаратуры, дадут заключение. Также специализированные компании составляют перечень мероприятий, которые позволят оперативно устранить существующие проблемы.

Программа мероприятий, направленных на сокращение недостаточно рационального использования водных ресурсов, сброса загрязняющих веществ и вод, утративших свою пригодность после использования абонентами

Объем водопользования в нашей стране за последние десятилетия существенно вырос. Это связано с повышением уровня благоустройства населенных пунктов, развитием промышленности и сельского хозяйства. Очевидно, что природные ресурсы не безграничны и в интересах как нынешнего, так и будущих поколений, они должны использоваться рационально. Эксплуатация водных ресурсов должна сочетаться с мероприятиями по их сохранению и восстановлению.

Сегодня проблеме рационального использования водных ресурсов уделяется повышенной внимание на государственном уровне. Существенно ужесточился контроль за соблюдением правил водопользования и штрафные санкции за их нарушение.

Практически на всех предприятиях затраты на оплату водоснабжения весьма крупные. Поэтому рациональное использование воды приносит значительный экономический эффект.

Мероприятия для сокращения водопотребления

Водохозяйственный баланс предприятия составляется ежегодно, так как этот документ необходим для заключения договоров на поставку воды и прием стоков. Такие расчеты позволяют выявить возможность расширение производства, потери воды и другие факторы. Отрицательный водохозяйственный баланс в большинстве случаев свидетельствует о нерациональном использовании водных ресурсов.

Одним из главных путей снижения водопотребления на предприятиях является внедрение оборотных и замкнутых систем водоснабжения. Они дают возможность предприятиям экономить существенные денежные средства. Кроме того, водооборотные системы позволяют снизить объемы сброса загрязняющих веществ, и как следствие — сохранить экологическую чистоту природных водных источников.

Также добиться снижения количества сбросов и уменьшения объема водопользования позволяет совершенствование технологических процессов. На многих предприятиях функционируют собственные очистные сооружения.

Конечно, полное переоборудование инженерных систем предприятия требует немалых финансовых вложений, и доступно далеко не всегда. Но, существует и немало малозатратных мероприятий, которые позволяют сократить водопользование. В частности, к большим потерям приводят скрытые утечки, неисправная арматура.

Многие промышленные предприятия в нашей стране были построены 20-40 лет назад, поэтому инженерные системы зачастую находятся в плохом техническом состоянии. Первым шагом на пути к рациональному использованию водных ресурсов является обследование трубопроводов с использованием современного оборудования для получения достоверной информации об их техническом состоянии.

Но, невооруженным взглядом невозможно обнаружить места утечек. В этом случае необходимо обращаться к специалистам, которые проведут водный аудит и предоставят рекомендации по уменьшению потребления воды, сокращению объемов стоков и снижению концентрации загрязнений в них. Выполнение таких мероприятий дает возможность получить быстрый экономический эффект.

Основные пути сокращения водопотребления и водоотведения промышленных предприятий

Для сокращения водопотребления и, следовательно, водоотведения в производственной сфере реализуется следующий комплекс мероприятий: • усовершенствование существующих технологических процессов и оборудования с минимизацией использования воды;

• разработка новых технологий, характеризующихся низким потреб­лением воды либо ее полным отсутствием;

• организация замкнутых водооборотных систем, включающих сбор и соответствующую обработку сточных вод и атмосферных осад­ков с территории предприятия с последующим их повторным ис­пользованием на производстве;

• создание локальных систем очистки и обезвреживания сточных вод отдельных производств, включающих извлечение и утилизацию ценных компонентов и подготовку очищенной воды к повторному ее использованию;

• широкое использование водооборотных охлаждающих систем во­доснабжения;

• замена водяного охлаждения воздушным;

• использование эффективных методов очистки, обезвреживания, обеззараживания сточных вод с последующим их применением в производстве либо сбросом в водоемы.

Для уменьшения выхода реакционных сточных вод необходимо выби­рать такие химические реакции, которые протекают без образования во­ды. Так, при производстве бутадиена контактным разложением этилового спирта образуется реакционная вода. Однако бутадиен можно получить без образования реакционной воды путем дегидрирования бутана.

Для сокращения водоотведения производства сырье и исходные про­дукты необходимо предварительно обезвоживать.

С целью снижения расхода промывной воды следует повышать каче­ство исходного сырья и продуктов, чтобы исключить необходимость их промывки, применять для промывки неводные растворители, широко ис­пользовать методы регенерационного выделения (адсорбция, ионный об­мен и др.) или деструктивного разрушения (озонирование, хлорирование и др.) компонентов, загрязняющих сырье и продукты. Заменять периоди­ческие процессы промывки продуктов водой непрерывными с использо­ванием противотока и более совершенной промывной аппаратуры.

Широкое применение аппаратов воздушного охлаждения (АВО) по­зволяет сократить потребность в охлаждающей воде на 60 — 75 %, а сле­довательно, количество сточных вод на 25 — 45 %.

В настоящее время градирни, используемые для охлаждения оборот­ной воды, заменяются на АВО, что не только снижает потери от испаре­ния и потребность в свежей воде, но и сохраняет стабильный солевой со­став оборотной воды и уменьшает количество сточных вод, требующих глубокой очистки.

Еще одной возможностью сокращения расхода охлаждающей воды яв­ляется добавление к ней искусственно получаемого холода. Холод можно получать из отработанного тепла (тепло дымовых газов, воды, воздуха). Для получения холода используются компрессорные аммиачно-холодильные установки, термохимические трансформаторы тепла и дру­гие устройства. При понижении температуры охлаждающей воды на 10 °С расход воды снижается на 30 %, а количество сточных вод — на 20 %.

Если ранее производственный процесс оценивался с точки зрения тех­нологичности, экономичности и безопасности, то теперь этих факторов уже недостаточно. Необходимо, чтобы технология имела максимально низкий материальный индекс производства, т. е. минимальное количест­во труднореализуемых отходов.

Поэтому широкое использование систем оборотного и повторного во­доснабжения для промышленного производства с обязательной очисткой и обработкой воды имеет особое значение.

Использование для подпитки оборотных систем очищенных промлив­невых сточных вод позволяет сократить как количество сбрасываемых стоков, так и потребление свежей воды.

При эксплуатации систем оборотного водоснабжения поддержание воды в стабильном состоянии является чрезвычайно важным для надеж­ной работы оборудования. Применяемая в оборотных системах вода не должна обладать агрессивными свойствами и способствовать осадкообра­зованию на теплопередающих поверхностях. Поэтому оборотную воду следует подвергать стабилизационной обработке, обеспечивающей защи­ту теплообменной аппаратуры и трубопроводов от коррозии, карбонатных отложений и биологических обрастаний. Схема комплексной подготовки оборотной воды включает фильтрование, ингибирование, хлорирование и обработку медным купоросом. Для борьбы с коррозией и накипеобразо-ванием рекомендуется использовать различные ингибиторы, в частности ИКБ-4В. Защитное действие последнего основано на способности адсор­бироваться на поверхности металла, образуя тончайшую пленку, которая изолирует металл от агрессивной среды. Он предназначен для защиты ме­таллов от коррозии в нейтральных водных средах,,содержащих раство­ренные соли и кислород. Оказывает также моющее действие, способст­вующее очистке теплообменников от грязевых отложений и биообраста­ний. Из неорганических ингибиторов используют фосфаты, хроматы и их композиции с сульфатом цинка.

Для предотвращения карбонатных отложений в системах оборотного водоснабжения применяется подкисление, декарбонизация, фосфатирование и комбинированная фосфатно-кислотная обработка. При применении ингибитора ИКБ-4В подкисление оборотной воды не производится.

Для систем оборотного водоснабжения характерно интенсивное разви­тие биологических обрастаний, что приводит к большим затруднениям в эксплуатации этих систем и наносит большой ущерб предприятиям. Для борьбы с биообрастанием в теплообменных аппаратах и трубопроводах наибольшее распространение получила обработка воды хлором^Для по­давления развития водорослей на градирнях применяется обработка воды медным купоросом. Хлорирование оборотной воды производится перио­дически (2 — 6 раз в сутки) в зависимости от интенсивности развития био­обрастаний. Продолжительность периода хлорирования 40 — 60 мин. Об­работка медным купоросом должна производиться в летнее время 3-4 раза в месяц в течение 1 — 2 ч.

Кроме организации специальных оборотных циклов загрязненных сточных вод большое значение имеет использование очищенных сточных вод в оборотных системах охлаждающей воды. Очищенные сточные воды используются для восполнения потерь воды на градирнях вследствие ка­пельного уноса и испарения.

Дефицит воды и повышение ее стоимости стимулируют применение очищенных городских сточных вод для водоснабжения промышленных предприятий. Для доведения качества очищенных сточных вод до нормы, соответствующей требованиям при использовании их в промышленном водоснабжении, необходимо проводить их доочистку на фильтрах и обез­зараживание.

При организации любой замкнутой системы водопотребления обяза­тельными ее элементами будут различные очистные сооружения и уста­новки, которые рассматриваются ниже.

Технологические мероприятия: сокращение расхода воды, системы оборотного и бессточного водоснабжения

Сокращение расхода воды. Высокие нормы удельного водопотребления и большие объемы сбросов в водоемы есть результат несовершенства технологических процессов и схем, на которых построено промышленное производство. Большое количество отходов при современных методах промышленного производства не является неизбежным, оно может быть сокращено путем создания новых, более современных технологических методов. Важнейшей составной частью перестройки технологических процессов на безотходный режим является сокращение водопотребления, направленное в конечном счете на создание производства без сброса сточных вод в водоемы.

Значительное сокращение расходов воды может быть достигнуто за счет усовершенствования охлаждения оборудования [47].

С целью снижения расхода воды разработан и может быть рекомендован к внедрению способ охлаждения прокатываемой полосы металла в ванне с турбулизацией потока, позволяющий вдвое сократить расход воды [47].

Одним из перспективных способов, обеспечивающих сокращение потребления воды и количества сточных вод, является каскадная промывка металла после травления. При этом способе тракт промывки разделяют на 3-4 отсека. Свежую или нейтрализованную оборотную воду подают в последний по ходу металла отсек и далее перекачивают из отсека навстречу движущемуся металлу; в результате расход промывных вод сокращается в 4-5 раз [47].

Расход воды, идущей на охлаждение металлургических агрегатов, может быть значительно сокращен за счет расширения объема внедрения испарительного охлаждения доменных, мартеновских и нагревательных печей.

Использование сухих методов очистки газов позволяет сократить водопотребление на 15-20 % [47].

Одним из основных путей сокращения расхода свежей технической воды до уровня неизбежных безвозвратных потерь является комплексное использование внутри предприятия и внедрение систем очистки и стабилизации воды, отвечающих требованиям производственной и экологической надежности [47]. В зависимости от конкретных условий предприятия комплексное использование воды достигается следующими путями [47]:

1) последовательная передача избыточной или продувочной воды от потребителей с более высокими требованиями к качеству воды потребителям с более низкими требованиями;

2) переход от локальных к централизованным системам водоснабжения групп цехов с идентичными требованиями к качеству воды (при этом происходит усреднение качества воды, что, как правило, способствует ее стабилизации и интенсификации процесса очистки);

3) централизованная аккумуляция случайных сбросов, дренажных вод, поверхностного стока и их очистка с целью дальнейшего использования.

Наличие оборотной системы водного хозяйства является одним из важнейших показателей технического уровня промышленных предприятий. Внедрение систем оборотного водоснабжения позволяет резко снизить количество сбрасываемых сточных вод и уменьшить потребности в свежей воде, что дает большой экономический и экологический эффект [47, 49].

Оборотные системы широко используются в системах водяного охлаждения, как на предприятиях теплоэнергетического комплекса, так и на многих других производствах. К оборотным системам можно также отнести закрытые системы теплоснабжения.

Что касается предприятий, использующих воду как технологическое сырье, то подавляющее большинство из них применяет морально устаревшие схемы водного хозяйства, когда для водоснабжения берется свежая вода, а все образующиеся сточные воды (отработанные технологические растворы, продувочные воды, воды от мойки оборудования и помещений и т.д.) единым потоком проходят очистные сооружения и сбрасываются в водоемы.

Создание оборотных систем водного хозяйства промышленных предприятий базируется на следующих принципах [47, 49]:

1) водоснабжение и канализация должны рассматриваться в совокупности, когда на предприятии создается единая система, включающая водоснабжение, водоотведение и очистку сточных вод как подготовку для повторного использования.

2) для водоснабжения основными должны являться очищенные производственные воды, а также поверхностный сток. Свежая вода из водоисточников должна использоваться только для особых целей и для восполнения потерь.

3) очистка должна сводиться к регенерации отработанных технологических растворов и воды с целью их повторного использования в производстве. При этом основным звеном оборотных схем водного хозяйства являются локальные системы, что позволяет двигаться к цели поэтапно, затрачивая минимум средств.

4) разработке оборотной системы должны предшествовать мероприятия по минимизации расхода воды.

С оборотными системами обычно связаны четыре проблемы [49]:

— отложения и накипеобразование;

— загрязнение оборотной воды пылью, продуктами коррозии, солями;

Читайте также:  Максимальное гидравлическое сопротивление системы отопления

— микробиологическое загрязнение оборотной воды.

Таким образом, водоподготовка для систем оборотного водоснабжения заключается в удалении из оборотной воды накапливающихся загрязнений обычными физико-химическими методами или продувкой, а также в дозировании в воду биоцидов, корректоров рН, ингибиторов коррозии и накипеобразования. Оборотное водоснабжение организуется на основе технологий, обладающих высоким инновационным потенциалом и получившем наиболее широкое распространение за рубежом и в РФ: мембранные процессы разделения, электрофлотация, ионный обмен на селективных ионообменных смолах, адсорбция на активированном угле, озонирование, выпаривание воды [47, 49].

В системе оборотного водоснабжения (рис. 14) насосы НС II подают воду через водопроводную сеть потребителям. Нагревшаяся и загрязнившаяся у потребителей вода по системе трубопроводов направляется на станцию очистки загрязненных вод (ОЗВ). Прошедшая очистку, но еще теплая вода собирается в резервуаре (РОВ), а из него насосами станции оборотной воды (НОВ) подается на охлаждающие устройства (Гр). Охлажденная в нем вода опять подается потребителям насосами НСII [47].

1 – водозаборное сооружение; 2 – насосная станция 1-го подъема; 3 – станция очистки природной воды; 4 – охлаждающая установка; 5 – насосная станция 2 подъема; 6 – станция очистки загрязненных вод; 7 – резервуар очищенной воды; 8 – насосная станция оборотной воды Рис.14. Оборотная схема системы производственного водоснабжения

При работе оборотной системы часть воды теряется: с уносом, испарением и продувкой из охлаждающих устройств; с утечками через неплотности и за счет сброса в канализацию воды загрязняющейся у потребителя примесями, не разрешающими ее повторное использование. Для компенсации этих потерь из природного источника забирается соответствующее количество воды и насосами НС I направляется на станцию ХВО. Очищенная вода сливается в бассейн охлаждающих устройств. Для поддержания солевого баланса из бассейна ведется непрерывная продувка части воды в канализацию [47].

Оборотные системысооружаются как по техническим условиям, экологическим требованиям и экономическим соображениям.

По техническим условиям применения данной системы может оказаться просто необходимо потому, что дебет имеющегося природного водоисточника недостаточен для осуществления прямоточного водоснабжения.

Необходимость оборотных систем обуславливается и экологическими требованиями. Применение оборотных систем позволяет снизить количество сбросов загрязненной воды в водоемы. Наиболее ценны с экологической точки зрения оборотные системы без сброса продувки – бессточныесистемы. В бессточных (замкнутых) системах водоснабжения на предприятиях вместо свежей воды используется доочищенная до норм качества технической воды смесь промышленных и бытовых сточных вод, предварительно прошедшая биологическую очистку. Биологически очищенные сточные воды, используемые в техническом водоснабжении, должны отвечать техническим, экономическим и санитарно-гигиеническим требованиям. Но и при соблюдении соответствующих норм такая вода не может использоваться в пищевой, мясомолочной и фармацевтической промышленностях [47].

Для предотвращения отложений в системах оборотного водоснабжения предприятий целесообразно использовать реагенты на основе композиций из фосфорсодержащих и поверхностно-активных реактивов. Метод основан на непрерывной гидрофобной защите поверхностей от карбонатных отложений путем введения в оборотную воду кроме фосфатов оксигидрильных поверхностно-активных реагентов, снижающих энергию взаимодействия защищаемой поверхности и кристаллизующихся солей. Поверхностно-активные вещества прочно адсорбируются на защищаемой поверхности, и при взаимодействии солей образуются не плотные отложения, имеющие прочное сцепление с поверхностью, а рыхлые, шламистые, легко выносимые из системы потоком воды [47, 49].

Наиболее эффективная гидрофобная защита достигается при использовании омыленных кубовых остатков от производства синтетических жирных кислот. Кроме того, для широкого внедрения на предприятиях рекомендуется реагент ИОМС – ингибитор отложений минеральных солей, показавший высокую эффективность в системах водоподготовки для промышленных котельных. Создание замкнутых бессточных систем водного хозяйства предприятий предусматривает обессоливание продувочных вод на заводских деминерализационных установках с возвратом полученной чистой воды в производственный процесс. С целью снижения капитальных затрат на сооружение выпарных установок можно рекомендовать использовать продувочные воды в качестве исходной воды для промышленных котельных и котлов-утилизаторов, стоящих за производственными печами. Пройдя обычную водоподготовку с применением механических, сорбционных и натрий-катионитовых фильтров, слабозагрязненные воды могут быть доведены по качеству до стандартов питательной воды для котлов среднего давления [47, 49].

Использование данного приема позволяет с минимальными затратами увеличить степень использования воды в обороте и значительно сократить сброс сточных вод.

Из экономических соображений использование оборотных систем водоснабжения позволяет снизить затраты на сооружение водозаборных устройств, насосных станций первого подъема, водоводов, очистных сооружений природной воды и канализационных линий.

Создание систем бессточного водоснабжения требует глубокой оценки качества воды, точного определения источников и величины безвозвратных потерь, максимально возможного упрощения общезаводской схемы водоснабжения. Основным требованием к качеству воды, определяющим необходимость продувки систем оборотного водоснабжения, является ее стабильность: химический состав оборотной воды должен исключать образование отложений и коррозию [47, 49].