Основные принципы создания замкнутых водооборотных систем

Замкнутые системы водопотребления (ЗСВ) сегодня – единственное рациональное решение проблемы использования воды в промышленности. Применение замкнутых водооборотных систем при проектировании предприятий позволяет размещать эти объекты в районах с ограниченными водными ресурсами, но обладающими благоприятными экономико-географическими условиями. Такое инженерно-экологическое направление является наиболее прогрессивным и перспективным, позволяя одновременно решать проблемы водообеспечения и охраны окружающей среды.

Организация замкнутой системы целесообразна, когда затраты на очистку воды и рекуперацию веществ ниже суммарных затрат на водоподготовку и очистку сточной воды до нормативных показателей, позволяющих сбрасывать её в водные объекты, т.е. без загрязнения последних.

Замкнутые системы водного хозяйства следует вводить на вновь строящихся, действующих и подлежащих реконструкции предприятиях. В последнем случае внедрение замкнутых систем идёт постадийно, с постоянным увеличением оборотного водоснабжения по мере усовершенствования технологии. В целом малоотходное производство с оборотным водоснабжением можно представить в виде схемы, изображенной на рисунке. Создание замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий возможно при коренном изменении существующих принципов в водоснабжении, канализации и очистке сточных вод. К основным принципам создания таких систем можно отнести следующие.

Схема безотходного производства товарного продукта

1. Водоснабжение и канализация должны рассматриваться в совокупности, когда на предприятии создаётся единая система водного хозяйства, включающая водоснабжение, водоотведение и очистку сточных вод, как подготовку для их повторного использования. При этом необходимо установить научно обоснованные требования к качеству потребляемой в производстве и отводимой воды.

2. Создание замкнутых систем водообеспечения должно сочетаться с организацией малоотходного производства, технология которого ориентирована на максимальное извлечение из сырья основных продуктов с одновременной регенерацией ценных компонентов и доведением образующихся отходов до товарного продукта или вторичного сырья при минимальных материальных и энергетических затратах.

3. Потоки сточных вод следует различать по видовому, фазовому, концентрационному, энтальпийному признакам для разработки соответствующих способов локальной очистки каждого потока, вплоть до потоков отдельных стадий технологического процесса.

4. При замкнутых системах следует объединить цехи водоподготовки и локальной очистки предприятия, а также использовать ливневой сток с промышленной площадки в системе оборотного водоснабжения. Основными для водоснабжения должны являться очищенные производственные и городские сточные воды, а также поверхностный сток. Свежая вода в производстве должна использоваться только для особых целей и восполнения воды в системах.

5. Регенерации должны подвергаться локальные потоки отработавших технологических растворов и сточных вод, при этом должны создаваться локальные замкнутые системы водоснабжения, которые являются основным звеном замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий.

Для достижения наилучших технико-экономических показателей при создании замкнутых систем водоснабжения на предприятиях должны прорабатываться следующие вопросы:

– максимальное внедрение воздушного охлаждения вместо водяного;

– многократное (каскадное) использование воды в технологических процесса, в т.ч. и с целью получения наименьшего объема

загрязнённых сточных вод, для обезвреживания которых можно подобрать эффективные локальные методы очистки;

– регенерация отработанных кислот, щелочей и солевых технологических растворов с использованием извлекаемых продуктов в качестве вторичного сырья;

– рекуперация и утилизация теплоты технологических жидкостей и растворов путём теплообмена между их горячими и холодными потоками или получением энергетического или технологического пара;

– внедрение стабилизационной обработки воды, позволяющей предотвратить образование минеральных отложений и биообрастания, ингибирование процессов коррозии, обеспечить оптимальный экономичный режим работы за счет снижения количества подпиточных и продувочных вод.

Разработку замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий желательно осуществлять постадийно, с постепенным увеличением доли воды, используемой в обороте. Начальным этапом в создании таких систем является определение научнообоснованных требований к качеству воды, используемой во всех технологических процессах. В большинстве случаев нет необходимости использовать более дорогую питьевую воду. Для обеспечения санитарно — гигиенической и токсикологической безопасности на предприятиях целесообразно проводить комплексные исследования для разработки оптимальных схем очистки оборотных вод.

Анализ существующих решений и проектных материалов показывает, что создание экономически рациональных замкнутых систем водного хозяйства на предприятиях является достаточно трудной, но вполне разрешимой задачей. Сложный физико-химический состав сточных вод, разнообразие содержащихся в них соединений и их взаимодействие делают невозможным подбор универсальной структуры замкнутых схем. Создание таких систем на предприятиях зависит от особенностей технологии, технической оснащённости, требований к качеству получаемой продукции и используемой воды и т.д. При создании замкнутых систем водного хозяйства проектирование систем водоснабжения и канализации промышленных предприятий должно проводиться одновременно с проектированием основного производства.

Создание систем оборотного водоснабжения

Рациональное использование чистой воды становится всё более актуальной проблемой на фоне надвигающейся экологической катастрофы и удорожания природных ресурсов. Это стимулирует человечество относиться с её расходованию более бережно, ответственно и взвешенно, выискивая пути по оптимизации потребления.

Что такое оборотное безотходное водоснабжение

Одним их таких способов является создание замкнутой системы переработки и очистки стоков для их последующего повторного использования. Такие комплексы чаще всего организуются на промышленных предприятиях, где расход ресурса достаточно большой. Потому единоразовая установка необходимого оборудования обходится дешевле, нежели постоянная подача чистой воды. Такая технология оправдана в случае, если её необходимо перекачивать из удалённого источника, или его ресурс очень ограничен.

Независимо от специфики работы предприятия и применяемого очистного оборудования оборотное водоснабжение это всегда габаритная многокомпонентная система. Она включает

1. канализацию для транспортировки стоков к месту аккумуляции
2. накопительную станцию, в которой установлены фильтры, отстойники и прочие устройства для избавления жидкости от примесей
3. трубопровод, подающий очищенную рабочую среду к технологическому оборудованию для нового цикла использования

Иногда система и разводка труб водооборотного водоснабжения может частично комбинироваться с обычным комплексом, тогда предприятие потребляет как очищенный собственными силами, так и перекачанный из внешнего источника ресурс.

Сфера применения

В последние годы она практически повсеместна и расширяется с каждым годом.

Металлургия

Здесь водооборотная схема используется для очищения газов. После прохождения технологического цикла жидкость сильно загрязнена, потому проходит несколько подготовительных стадий для повторного использования. Обычно это охлаждение, отстаивание, фильтрование.

Энергетика

В этой отрасли использование систем оборотного водоснабжения возможно на таких промышленных предприятиях, как атомные и тепловые электростанции. Здесь пар, поступающий от турбин, конденсируется и, перейдя в жидкость, служит для охлаждения различных механизмов и рабочих сред. Кроме того, она применяется для подпитки основного технологического процесса.

Машиностроение

В производстве очищенные стоки позволяют сократить до 90% расхода чистой воды при гальванической обработке металлов. Также они используются для промывки деталей, изготовления различных растворов, охлаждения механизмов.

Целлюлозно-бумажная отрасль

Ввиду того что в этой сфере вода используется очень активно и в больших объёмах, внедрение замкнутых систем здесь практически повсеместно. Доля оборотной жидкости составляет от 70 до 90%. Она используется для промывки исходного сырья на разных этапах переработки, обслуживания вспомогательных объектов (котельных, складов, ремонтных мастерских, компрессорных станций и т.д.),

Пищевая промышленность

Здесь применение замкнутого цикла оборотного водоснабжения необходимо для получения рабочей среды, которая используется для промывки полуфабрикатов, охлаждения технологического оборудования. Максимально отфильтрованная и подготовленная жидкость применяется при изготовлении молочных продуктов, алкогольных напитков, газировки.

Преимущества внедрения повторных систем

На первый взгляд может показаться, что установка столь сложного комплекса обернётся для предприятия дополнительными расходами, однако в ходе его эксплуатации проявляется масса плюсов.

1. Улучшение экологической обстановки в регионе. Выбросы вредных веществ в реки, озёра, грунт сокращаются в разы. Это не только благоприятно сказывается на состоянии природы, но и позволяет производству экономить на оплате штрафов за загрязнение окружающей среды.
2. Сокращение расходов на транспортировку ресурса. Создание и внедрение систем оборотного водоснабжения позволяет использовать свой очищенный ресурс, а не перекачивать его на большие расстояния из удаленных рек, озёр, хранилищ. В результате экономятся средства на монтаж, обслуживание, энергообеспечение насосных станций.
3. Продление срока эксплуатации промышленного оборудования. Этот достигается за счёт того, что в производстве используется очищенная до нужного состояния вода. Когда она подаётся из внешнего источника, её качество обычно гораздо хуже и требует больше усилий для подготовки. Если же она сразу поступает в технологический процесс, загрязнения и примеси могут стать причиной засорения и выхода из строя механизмов.
4. Сохранение важных для производства компонентов. В ходе работы в обычном режиме они сбрасываются вместе со сточными жидкостями, но оборотное повторное водоснабжение позволяет вернуть их для вторичного использования.

Принцип работы системы

Методы очистки отработанной жидкости подбираются на каждом предприятии индивидуально и зависят от типа примесей, которые в неё попадают в ходе прохождения технологического цикла. Прежде всего стоки поступают в накопительную ёмкость, откуда перекачиваются в станцию водоподготовки. В её комплектацию может входить оборудование для охлаждения и конденсации, отстойники, различные фильтры. Наиболее часто применяемые технологии очистки

1. механическая. Предполагает удаление из стоков крупных нерастворимых включений (минеральных или органических). Обычно это начальный этап, который готовит жидкость к прохождению тонкой фильтрации
2. ионный обмен. На этом этапе необходимо использование катионитовых фильтров для систем оборотного водоснабжения с целью избавления от тяжёлых металлов и снижения жёсткости получаемой жидкости
3. электрофлотация. Выполняется на специальном оборудовании, инициирующем процессы гидролиза. В результате стоки очищаются от нефтепродуктов, солей железа, магния, бактерий, поверхностно-активных веществ, устраняется их мутность и неприятный запах
4. обратный осмос. Наиболее эффективная методика, позволяющая избавиться от 99% примесей независимо от их характера. Она основана на том, что молекула воды имеет минимальный размер. Поэтому при прохождении через специальную мелкопористую мембрану в резервуаре, предназначенном для очищенного ресурса, оказывается только H2O

Как выполняется монтаж эффективного оборотного водоснабжения

Прежде всего необходимо провести анализ производственного процесса с целью определения состава примесей и загрязнений в стоках, расчёта потребностей в очищенной жидкости для технологического процесса. В зависимости от результатов определяется набор необходимого фильтрующего оборудования, его производительность, составляется детальный проект установки и подключения. Для каждого предприятия он разрабатывается индивидуально, поэтому вывести стандартный алгоритм монтажа довольно сложно.

На рисунке 1 показана примерная схема организации такого комплекса для автомойки.

В данном случае система замкнутого оборотного водоснабжения включает

1. Насос для перекачки стоков из канализации.
2. Резервуар для их аккумуляции.
3. Реактор, в котором загрязнённая вода смешивается с коагулянтом.
4. Флотатор, оснащённый фильтрационной мембраной.
5. Сборник шлама.
6. Бак для хранения очищенной жидкости.

В зависимости от специфики деятельности, масштабов предприятия установка и запуск в работу оборотного водоснабжения может быть сопряжена с разным уровнем денежных и трудовых затрат. Но при условии грамотной организации система в любом случае окупает себя со временем.

Замкнутая система водоснабжения — как она устроена?

Оборотный принцип использования водоснабжения известен довольно давно. Он оправдан в ситуации нехватки воды либо когда возникает опасность ухудшения экологии. Водный ресурс требуется почти во всех секторах человеческой активности.

Схема замкнутой системы

Из основной ёмкости, которая служит либо рабочим, либо питающим резервуаром, вода поступает в комплекс очистки. Там из него удаляются не только взвеси и осаждающиеся фракции, но и растворённые вещества. Кроме того, здесь улавливается углекислота, аммоний преобразуется в нитрат, происходит обогащение кислородом и общая дезинфицирующая манипуляция. Так замкнутая система водоснабжения осуществляет полную регенерацию бывшей в эксплуатации воды. Все действия осуществляются и корректируются с помощью пульта ЦСУ. Стоит отметить, что в каждом производственном или потребительском направлении есть свои основы и нормативные представления, какую воду можно считать пригодной для повторного употребления.

В оборотных контурах отдельные восстанавливающие действия обычно связаны и с потерей объема жидкости. До 1/12 изначального содержимого покидает очистной комплекс через дренаж вместе с осажденными фракциями. Также, от некоторых форм включений замкнутая система водоснабжения избавляется на предварительном этапе отстаивания. Прочая взвесь в дальнейшем вылавливается микроскопическими ситами.

При необходимости на поздних этапах устанавливают «отгонные» колонны, которые удаляют из воды скопившуюся двуокись углерода и обогащают его кислородом. В особых случаях делают УФ стерилизацию и озонацию.

При сложности и высокой стоимости узлов замкнутая система водоснабжения обретает растущую актуальность из-за общей тенденции ужесточения наказаний за разрушение экологического баланса. Но окончательно целесообразность её привлечения к работе конкретного контура может дать лишь глубокий технико-экономический анализ.

Советы по эксплуатации системы

Сама система должна устанавливаться в хорошо проветриваемом помещении, температурные показатели воздуха не должны превышать +5°С. Связано это с тем, что замкнутое водоснабжение предусматривает использование очистных сооружений, которые работают по принципу химической, биологической и механической очистки. Для очистки сточных вод применяются различные реагенты (коагулянты, пеногасители, флокулянты и пр.). Во время флотации происходит химическая обработка сточных вод. При этом необходимо следить за тем, чтобы содержание солей в воде не превышало показатели, которые содержат гигиенические требования к водоснабжению.

Также при устройстве системы замкнутого водоснабжения надо следить за тем, чтобы вся металлическая арматура была заземлена. Для этих целей подойдут привинчивающиеся скобы.