Оборотное водоснабжение

Рассмотрено оборотное водоснабжение для автомоек и промышленных предприятий. Разобраны особенности систем оборотного водоснабжения, приведены схемы замкнутого использования воды, перечислено необходимое очистное оборудование.

Многие технологические процессы требуют большого расхода воды, а использованные воды требуют дополнительных расходов по очистке и неизбежно влияют на ухудшение экологической ситуации. Поэтому закономерно встал вопрос о возможности сокращения расхода воды и уменьшения загрязнения водоемов. Поставленной цели вполне отвечает оборотное водоснабжение, которое уменьшает в несколько раз расход свежей воды и резко сокращает объемы сточных вод. (См. также: Промышленное водоснабжение предприятий)

Автомойка

Замкнутый цикл водоснабжения для автомоек

В режиме замкнутого круга, когда вода в процессе использования не теряет своих качеств и не требует специальных методов очистки, сточную воду можно использовать для автомоек на заправочных станциях, автотранспортных предприятий, гаражах и СТО. Возможность неоднократного использования воды в автомойках обеспечивается за счет нескольких ступеней очистки технической воды состоящих из флотации, механической фильтрации, а также дополнительной очистке реагентами и микроорганизмами, содержащимися в активном иле.

Схема очистного сооружения для автомоек

С помощью механического фильтра удаляются частицы грязи больших размеров. Затем, во флотационном отсеке пена, образующаяся из воздуха, подаваемого под высоким давлением, с последующим его снижением, абсорбирует масла, шампуни, бензин и нефть. Образовавшаяся смесь сбрасывается по шламовому лотку в шламосборник. Химическая реакция по переводу растворимых веществ в осадочный материал, проводится с помощью добавления реагента, а образовавшийся осадок отделяется. Окончательная очистка воды от следов грязи проводится в процессе сложного взаимодействия различных форм микроорганизмов, так называемая биологическая очистка.

Система оборотного водоснабжения

Процесс очистки использованной для технической цели воды проводится в довольно простой по устройству системе. Пройдя процесс фильтрации, вода поступает в накопительную емкость, где происходит обеззараживание ультрафиолетовой лампой, а затем через аппарат высокого давления доставляется непосредственно на мойку машин. (См. также: Водоснабжение предприятия)

Исходя из функционального предназначения, система оборотного водоснабжения автомоек обеспечивается комплексом очистного оборудования, включающего блок емкостей для первичного отстаивания усреднения стоков, нефтеловушку, биокаогулятор, саму очистную установку, бак для очищенной воды и фильтр доочистки. Туда же входят насос для забора воды и насосная станция, подающая очищенную воду на моечные аппараты, работающие под высоким давлением.

Оборудование для водоснабжения автомоек

Как работает система

В цельной емкости данной системы, разделенной перегородками на четыре отсека, происходит выделение взвешенных осадков плотностью выше 1500кг/м3, затем в бензомаслоотделителе нефтепродукты оседают на наклонных коалесцентных модулях. В третьем отсеке на сорбционном фильтре происходит окончательная очистка сточных вод. В следующем накопительном отсеке очищенные стоки накапливаются, для дальнейшего использования. Схема оборотного водоснабжения автомоек состоит из трех элементов:

Блок первичной очистки

Основной технологический блок

Двухступенчатый сорбционный блок.

Преимущества оборотного водоснабжения

Основными преимуществами неоднократного использования воды для технических целей наряду с 70-ти процентной экономией потребления воды является ее использование по замкнутому циклу. При этом нет необходимости по установке дополнительных емкостей, отстойников и слива в канализационную сеть. Такой комплекс вместе с прочным стеклопластиковым корпусом обеспечивает длительный срок эксплуатации и возможность быстрого монтажа даже в зимний период. (См. также: Наружные сети водоснабжения)

Важно! В процессе технического обслуживания необходимо периодически откачивать ассенизатором накопившейся осадок песка и нефтепродуктов и заменять сорбент не реже одного раза в три года. Также при этом не нужно платить за водоотведение и отсутствуют штрафы за превышение предельно допустимых концентрацией вредных веществ.

Оборотное водоснабжение автомойки

Замкнутый цикл обеспечения водой на промышленных предприятиях

Промышленные предприятия, в особенности, работающие в металлообрабатывающей и машиностроительной отрасли, являются мощными потребителями воды в технологических процессах. В процессе производства возможно формирование сточных вод, которые содержат тяжелые металлы, различные органические соединения и другие загрязнения. Поэтому так актуально стоит вопрос неоднократного использования воды для технологических процессов, которое значительно уменьшает количество сточных вод, поступающих в источники воды.

Оборотное водоснабжение на предприятии

Совет! Если внедрить оборотное водоснабжение промышленных предприятий, то можно использовать сточные воды повторно, при условии проведения процесса их очистки на очистном сооружении предприятия.

(См. также: Наружные сети водоснабжения)
В этом случае водопотребление предприятия снижается на 85-90 процентов, до минимума сокращаются потери ценных компонентов со сточными водами.

Минимизация сброса сточных вод в водоемы или в общую канализационную сеть, кроме того, уменьшает плату за пользование водными ресурсами в связи с тем, что не нужно платить за водоотведение и отсутствуют штрафы за превышение предельно допустимых концентрацией вредных веществ.

Оборотное водоснабжение на гальваническом предприятии

Особенно важно применение современных технологий по очистке сточных вод в гальваническом производстве. Поэтому в настоящее время замкнутая система водоснабжения основана на комбинированном взаимодействии электрофлотации, микро-, ультрафильтрации, оборотного осмоса и вакуумного выпаривания. (См. также: Карта сайта)

Схема оборотного водоснабжения предприятия

Как видно из схемы сточные воды из гальванической линии поступают через нейтрализацию на электрофлотатор, где происходит первичное выделение и удаление шлама. Затем методом микро- и ультрафильтрации сточная вода очищается от остаточных веществ, находящихся во взвешенном состоянии и коллоидов, а затем подается на установку обратного осмоса.

Завершающим этапом является упаривание солевого концентрата и направление его на переработку твердых отходов. Такое техническое решение позволяет получить из стоков две возможности использования очищенной воды. Первая категория направляется для повторного использования на промывке деталей, а вторая категория используется для приготовления электролитических растворов.

Электрофлотатор

Что такое электрофлотатор и где его применяют?

Самым важным объектом в организации оборотного водоснабжения представляется агрегат, представляющий собой электрофлотатор, блок нерастворимых электродов, пеносборник и источник питания с энергосберегающими свойствами. Принцип работы модуля основан на флотационном эффекте в процессе выделения при электролизе воды электролитических газов.

Электрофлотация сточных вод обеспечивает удаление из них, загрязняющих химических веществ, а также взвешенных веществ — от 95 до 99%, очистка от нефтепродуктов — от 70 до 90%, а ПВА – на 50-70%.

Представляя собой достаточно компактное, высокопроизводительное оборудование, электрофлотационный модуль способствует значительному упрощению технологии очистки воды, а сам процесс управления и обслуживания легко автоматизируется. Положительным является и фактор стабильного солевого (анионного) состава очищенной воды. Образующийся шлам небольшой степени влажности довольно легко обезвоживается на дешевых, но качественных фильтр прессах отечественного производителя.

Оборотное водоснабжение на предприятии

Схемы систем производственного водоснабжения

Вода на промышленных предприятиях необходима на хозяйственно-питьевые нужды, на пожаротушение, а также для проведения технологических процессов.

Эффективность работы любого промышленного предприятия во многом зависит от организации снабжения его водой требуемых параметров. Соответствующими свойствами используемой воды и ее расходами, а также сооружением эффективных систем водоснабжения в значительной степени определяется качество и себестоимость выпускаемой продукции. Подача неподготовленной воды приводит к появлению брака, перерасходу топлива и электроэнергии, снижению производительности технологического оборудования и аварийному выходу из строя их элементов.
Для обеспечения надежного и качественного снабжения предприятий водой на каждом из них создается специальная система водоснабжения.

Система водоснабжения: основные понятия и определения

Система водоснабжения промышленного предприятия представляет собой комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающих забор воды из природного источника, очистку и ее обработку, транспортирование и подачу воды потребителям требуемых расходов и качества.
В системах технического водоснабжения предусматриваются также сооружения и оборудование, необходимое для приема отработавшей воды и подготовки ее для повторного использования, а также станции очистки сточных вод.
Требования к качеству воды хозяйственно-питьевого назначения и воды, идущей на технические цели (технической воды) различны. Поэтому на большинстве промышленных предприятий сооружают отдельную объединенную систему хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения и отдельную систему технического водоснабжения.
В некоторых случаях, например, на предприятиях пищевой промышленности, где значительная доля воды должна соответствовать требованиям ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая» создают единую систему водоснабжения.
А на предприятиях с высокой пожароопасностью вынуждены создавать отдельные системы противопожарного водоснабжения.

Источники водоснабжения

Потребность предприятия в воде всех категорий удовлетворяется из природных источников, которые должны соответствовать следующим основным требованиям:
а) обеспечивать бесперебойное получение необходимого предприятию количества воды с учетом перспективы его развития;
б) подавать воду такого качества, которое в наибольшей степени отвечает требованиям потребителей или позволяет достичь его за счет простой и экологичной обработки исходной воды;
в) обеспечивать возможность подачи воды потребителям с наименьшей затратой средств;
г) обладать такой мощностью, чтобы расчетный отбор воды из него не нарушал сложившуюся экологическую систему.
Правильное решение вопроса о выборе источника водоснабжения для конкретного потребителя требует тщательного изучения и анализа водных ресурсов района, в котором расположен потребитель.
Для водоснабжения промпредприятий используются поверхностные и подземные воды. Поверхностные источники – это реки, озера, реже моря; подземные источники – грунтовые и артезианские воды, и родники.

Вода в большинстве рек обладает значительной мутностью, высоким содержанием органических веществ и бактерий, а часто и значительной цветностью. Наряду с этим речная вода характеризуется относительно небольшой жесткостью.
Вода озер обычно отличается весьма малым содержанием взвешенных веществ (т.е. малой мутностью). Качество всех поверхностных вод сильно зависит от атмосферных осадков и таяния снегов, в период паводков их мутность и бактериальная загрязненность возрастает, а жесткость снижается.
Подземные воды, как правило, не содержат взвешенных веществ (т.е. весьма прозрачны), обладают низкой бактериальной загрязненностью, но наряду с этими положительными качествами во многих случаях сильно минерализованы. В зависимости от характера растворенных в них солей, они могут обладать теми или иными отрицательными свойствами: повышенной жесткостью, наличием неприятного привкуса и некоторыми другими.

Вопрос о выборе источника водоснабжения является одним из главных при проектировании систем производственного водоснабжения, т.к. он определяет наличие в ее составе тех или иных сооружений, а, следовательно, стоимость строительства и эксплуатации.
При выборе источника водоснабжения следует учитывать качество воды и его мощность.
Выбор источника воды определяется главным образом местными природными условиями, поэтому предварительно проводятся топографические, гидрологические, санитарные и другие изыскания.

• Для хозяйственно-питьевого водоснабжения рекомендуется использовать подземные источники воды, отказ от которых требует всестороннего обоснования. СНиП 2.04.02-84 запрещает использовать подземные воды питьевого качества для нужд, не связанных с хозяйственно-питьевым водоснабжением.
• При наличии нескольких источников воды прибегают к технико-экономическому сравнению возможных вариантов.
• Для забора воды из природного источника и частичной очистке ее сооружаются водозаборные сооружения (ВЗС).
• Выбор источника должен производиться согласно ГОСТ 17.1.1.04-80.

Характеристика подземных вод

Подземные воды образуются вследствие просачивания в землю атмосферных и поверхностных вод. Подземные воды могут быть безнапорными и напорными (артезианскими).
Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не полностью и имеют свободную поверхность.
Безнапорные подземные воды первого от поверхности земли водоносного горизонта называются грунтовыми. Грунтовые воды характеризуются повышенной загрязненностью, поэтому при их использовании в большинстве случаев необходима очистка.
Напорные (артезианские) воды заполняют водоносные горизонты полностью. Артезианские воды, как привило, характеризуются высоким качеством и в большинстве случаев для хозяйственно-питьевых целей могут использоваться без очистки.
В колодцах или скважинах, вскрывающих напорные водоносные горизонты, вода поднимается до некоторой пьезометрической линии. Если пьезометрическая линия проходит выше поверхности земли, то наблюдается излив воды.
Уровень воды, устанавливающийся в колодце при отсутствии забора воды, называется статическим. При безнапорных водах статический уровень совпадает с уровнем подземных вод, в при напорных водах – с пьезометрической линией.
При откачке воды из колодца уровень ее снижается, причем тем больше, чем интенсивнее откачка. Такой уровень называется динамическим.
Безнапорные и напорные воды могут выходить на поверхность земли в виде родников. Выход безнапорных вод называют нисходящим ключом. Ключевая вода отличается высоким качеством и может использоваться без очистки.

Классификация систем водоснабжения

Системы водоснабжения классифицируются по следующим признакам:
— по виду водоисточника – с использованием поверхностных вод; с использованием подземных вод; смешанные;
— по способу подъема воды – нагнетательный, в которых вода к потребителям подается насосами; самотечные (гравитационные); комбинированные;
— по назначению – технологические, хозяйственно-питьевые, противопожарные, объединенные;
— по видам обслуживаемых объектов – городские, промышленные, сельские;
— по территориальному охвату водопотребителей – местные (локальные), предусматривающие водоснабжение отдельных объектов (предприятия, фермы, группы зданий), централизованные, обепечивающие водой всех потребителей, расположенных в данном городе, поселке;
— по характеру использования воды – прямоточные, в которых воду после однократного использования выпускают в канализацию, прямоточные с повторным использованием воды, оборотные, в которых воду после использования для технических целей очищают и охлаждают, затем многократно используют на том же объекте;
— по надежности – одной из 3 х категорий в зависимости от вида промышленного предприятия и требований бесперебойности подачи воды.

Система водоснабжения должна обладать определенной степенью надежности, т. е. Обеспечивать снабжение потребителей водой без снижения установленных показателей своей работы в отношении количества и качества подаваемой воды (перерывы в подаче воды, снижение подачи воды, ухудшение её качества в недопустимых пределах).

После определения необходимого объема водопотребления объекта и сбора сведений о возможных для использования природных источниках, выбирается конкретный источник водоснабжения и намечается схема системы водоснабжения.

Перечислим основные элементы систем водоснабжения и укажем их назначение:

• Водозаборные сооружения, предназначенные для забора воды из природного источника и первичной очистки её.
• Водоподъемные сооружения, т. е. насосные станции, подающие под необходимым напором воду к местам её очистки, хранения или потребления.
• Сооружения для очистки и улучшения качества природной воды – станции ХВО.
• Водоводы и водопроводные сети, служащие для транспортирования и подачи воды потребителям.
• Регулирующие и запасные ёмкости, предназначенные для сохранения и аккумулирования воды.
• В системах оборотного водоснабжения есть также сооружения для очистки и охлаждения отработанной воды. Кроме того, во всех системах производственного водоснабжения существуют сооружения для очистки сточных вод.

Система водоснабжения представляет собой сложный комплекс сооружений, взаимосвязанных в работе. Сооружения должны быть рассчитаны так, чтобы обеспечивалась их четкая работа в общей цепи, а потребитель в результате получал нужное количество воды заданного качества под необходимым напором.
С этой целью для каждого из сооружений строго установлены расчетные расходы:
Максимальный суточный расход, на который рассчитываются водозаборные сооружения, очистная станция, резервуар и насосные станции первого и второго подъема.
Средний часовой расход в сутки наибольшего водопотребления, необходимый для установления расчетной (средней) часовой производительности водозаборных сооружений, очистной станции и расчета водоводов первого подъема.
Максимальный часовой и соответствующий ему секундный расход воды, на которые рассчитывается водопроводная сеть и производительность насосной станции при подаче пожарного или максимального хозяйственного расхода без напорно-регулирующих сооружений.

Схемы систем производственного водоснабжения

Системы водоснабжения устраивают по определенным схемам, которые представляют собой совокупность сооружений водопровода и последовательность расположения их на местности.
Проектирование любого водопровода начинается с вычерчивания его схемы в плане и определения состава сооружения.
Обычно в начальной стадии проектирования составляют две (или более) возможные схемы водоснабжения, которые являются вариантами проекта будущего водопровода. Затем проводится технико-экономический расчет – сравнение вариантов, выбирают наивыгоднейший.

По выбранной схеме окончательно проектируют и рассчитывают все устройства СПВ.
Существуют 3 основные схемы системы водоснабжения: прямоточная схема, прямоточная с повторным использованием воды и оборотная. Существуют также комбинированные схемы водоснабжения. Название систем водоснабжения в инженерной практике повторяет название соответствующей схемы.

Ту или иную схему СПВ реализуют в зависимости:
1. от мощности источника и его характеристики (поверхностные или подземные воды, качества воды в нем и т.д.);
2. удаленности источника воды от промплощадки;
3. требований, предъявляемым предприятием к качеству воды;
4. характера загрязнения воды после ее использования;
5. климатических условий местности.

Прямоточная схема системы водоснабжения

При работе прямоточной системы (рисунок 1.1) из источника водоснабжения забирается все необходимое потребителям количество воды. Поэтому, производительность водозаборных устройств, очистных сооружений и насосов первого подъема приходится выбирать из условий покрытия полной потребности предприятия в воде за сутки максимального водопотребления. Это увеличивает размеры и мощности этих элементов, а, следовательно, удорожает их. Возрастает и потребление электроэнергии. Кроме того, требуется выбрать источник с достаточным дебитом воды. Недостатком прямоточной системы является и то, что отработавшая вода сбрасывается в природные водоемы, дебит которых должен позволять поглотить эти сбросы без нарушения экологического равновесия.

Прямоточная схема применяется для хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения, т.к. повторное использование воды этими потребителями исключается! Данная схема водоснабжения реализуется в пищевой и фармацевтической промышленностях как технологические.

1 – речной водозабор;
2 – насосная станция 1-го подъема;
3 – станция водоочистки;
4 – насосная станция 2-го подъема;
5 – подающий трубопровод;
6 – промпредприятие;

7 – трубопровод отработанной воды;
8 – станция очистки сточных вод;
9 – сброс воды в реку;
10 – водоохлаждающее устройство;
11 – сборная камера;
12 – насосная станция оборотной воды.

Рисунок 1.1 – Прямоточная схема системы производственного водоснабжения	Рисунок 1.2 – Схема системы производственного водоснабжения с повторным использованием воды

Схема системы производственного водоснабжения с повторным использованием воды

Если среди потребителей технической воды имеется потребитель с большим расходом, сбросная вода от которого по количеству и всем параметрам может удовлетворять остальных потребителей, то в этих случаях применяют систему повторного использования воды (рисунок 1.2). Эта система работает по прямоточному режиму, но из источника забирается только то количество воды, которое необходимо потребителю с большим расходом, а остальные используют его сбросную воду.
Данная система позволяет сократить количество забираемой природной воды и сбрасываемых стоков, снизить производительность и удешевить всю систему водоснабжения.

Оборотная схема системы производственного водоснабжения

Оборотные системы открывают большие возможности в удешевлении системы водоснабжения, сокращении потребления свежей воды и сбросов загрязненных стоков.
Для создания оборотной СПВ используется то обстоятельство, что 70…85% технической воды в технологических аппаратах только нагреваются и после охлаждения могут использоваться повторно. В данных системах можно использовать и ту часть технической воды, которая загрязняется сравнительно легко удаляемыми примесями. После очистки вода (около 15%) повторно используется.

В системе оборотного водоснабжения (рисунок 1.3) насосы НСII 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.

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.

Рисунок 1.3 – 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.

Оборотные системы сооружаются 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 – бессточные системы. 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.

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.

Автор:
ктн доцент ПТЭ Арсенов Владимир Георгиевич