Промышленное водоснабжение

Промышленность является одним из крупнейших водопотребителей в водохозяйственных комплексах и имеет высокую надежность водоподачи, составляющую 95-97 %. Вода на промышленных предприятиях используется на технологические нужды (охлаждение оборудования, промывку, увлажнение, гидротранспорт, парообразование, входит в состав продукции и т.д.), бытовое потребление работающих и на создание запаса для пожаротушения . Примерное соотношение этого водопотребления в процентах составляет 60-70; 25-20; 15-10.

При разработке схем промышленного водоснабжения решаются следующие задачи: выбор источника водоснабжения; обеспечение требуемого качества воды; выбор системы водоснабжения; оценка состава сточных вод и выбор способа их очистки; определение целесообразности извлечения и утилизации ценных веществ из сточных вод.

Источниками водоснабжения промышленных предприятий, в основном, являются открытые водоемы, позволяющие обеспечить высокую надежность водоснабжения. Для промышленных предприятий как правило характерны большой объем водопотребления и его высокая надежность. Это объясняется равномерной загрузкой производств в течение года и поэтому срывы водоснабжения промышленных предприятий могут привести к порче сырья, материалов, готовой продукции.

Что касается качества потребляемой воды, то оно зависит от технологии ее применения. Минимальные требования к качеству предъявляются при использовании воды для гидротранспорта и охлаждения, а максимальные в пищевой и медицинской промышленности, в которых вода является технологическим сырьем. Кроме того, промышленное производство наиболее существенно реагирует на мутность, минерализацию и жесткость воды, в связи с возможным отложением солей в трубах и котлах, коррозией металла. Некоторые отрасли предъявляют к качеству воды специфические требования. Так сахарная промышленность очень чувствительна к минерализации, текстильная – к наличию жесткости, железа и марганца, а пивоваренная – к наличию гипса. В целом по каждой отрасли требования к качеству воды различны и регламентируются отраслевыми нормативными документами. В зависимости от использования в промышленных технологиях вода делится на следующие категории, (таблица 11).

Таблица 11 – Примерное качество воды, используемой в промышленности

Ингредиенты	Категория использования воды
Iа	Iб	II	III
Взвешенные вещества, мг/л	£ 50	£ 20	При гравитации до 1000, при флотации до 200
Запах, баллы	£ 3	£ 3	Не нормируется
рН	6.5-8.5	6.5-8.5	Не нормируется	6.5-9.0
Жесткость карбонатная, ммоль/л	£ 3.5	£ 2.5	£ 2.5	Необходима обработка
Щелочность общая. ммоль/л	£ 4	£ 3	£ 3	£ 3
Минерализация, мг/л	£ 2000	< 800	Не нормируется
Хлор (Cl-)	£ 350	£ 150	Не нормируется
Сульфаты (SO42-), мг/л	£ 500	£ 250	Не нормируется
Железо общее (Fe), мг/л	1-4	0.5-1.0	Не нормируется
Азот общий (N), мг/л	£ 150	£ 150	Не нормируется
Фосфор (Р2О5), мг/л	£ 5	-	Не нормируется

· I – вода, используемая для охлаждения деталей аппаратов и машин; Iа – нагревом; без огневого нагрева охлаждающих поверхностей; Iб – с огневым;

· II – вода, используемая для промывки, гидротранспорта, при этом вода не нагревается;

· III – то же, что и вода II категории, но с нагревом;

· IV – вода, используемая в качестве растворителя и экстрагента.

В промышленном водоснабжении различают четыре схемы подачи воды: прямоточную, оборотную, схему последовательного использования воды и комбинированную, рисунок 7.

а) прямоточная; б) оборотная; в) последовательного

использования воды; г) комбинированная

Рисунок 7 – Схемы промышленного водоснабжения

При прямоточной схеме вода забирается из источника и после подготовки используется на предприятии и с определенной степенью очистки сбрасывается опять в водоисточник. При этом объем сброса бывает меньше объема водозабора на величину безвозвратных потерь. С экономической точки зрения прямоточная система водоснабжения является наиболее дешевой, в тоже время с экологической точки зрения она является самой опасной, поэтому эта схема применяется при наличии значительных запасов водных ресурсов и малом объеме водопотребления.

При оборотной системе водоснабжения вода, использованная на предприятии, после ее очистки (охлаждения), снова отправляется на производство. В процессе водоснабжения предусматривается частичный сброс загрязненной воды и постоянная подпитка системы свежей водой из источника для поддержания солевого баланса.

Система оборотного водоснабжения при всей ее экологичности приводит к увеличению содержания в воде не только солей, но и взвешенных веществ за счет усвоения частиц пыли из атмосферного воздуха при охлаждении воды на открытых градирнях. Так для условий Северного Кавказа в летний период для охлаждения 1 м³ воды требуется около 1000 м³ воздуха. Атмосферный воздух цехов по производству строительных материалов, доменных печей, котлов, работающих на твердом топливе, имеет запыленность 0,25-5мг/м³, почти такой же она остается и на территориях, прилегающих к этим производствам. Поэтому в процессе охлаждения при вымывании из воздуха до 80 % пыли концентрация взвешенных веществ в оборотной воде может быстро достигнуть 40-50 мг/л. Учитывая этот фактор, при очистке воды в системах оборотного водоснабжения необходимо предусматривать различные фильтры или отстойники.

Схема с последовательным использованием воды заключается в подаче воды после одного производства другому, предъявляющему к качеству воды более низкие требования. Иногда в качестве источника водоснабжения промышленного предприятия могут быть использованы коммунально-бытовые сточные воды после их отстаивания и обеззараживания. Кратность использования воды на предприятиях может достигать 5-7.

Эффективность использования воды промышленными предприятиями оценивается следующими показателями:

– техническое совершенство системы водоснабжения оценивается количеством использованной оборотной воды:

,

где - соответственно количество воды, используемой в обороте, забираемой из источника и поступающей в систему водообеспечения с сырьем;

– рациональность использования воды, забираемой из источника, определяется коэффициентом использования:

.

– потери воды рассчитываются по формуле:

,

где - количество воды, используемой в производстве последовательно.

Эффективность систем оборотного водоснабжения на передовых предприятиях достигает 92-95 %. К числу таких предприятий относятся заводы черной (92 %) и цветной (87 %) металлургии, химической и нефтехимической промышленности (89 %), машиностроения и металлообработки (76 %) и других видов промышленности.

В целом же выбор системы водоснабжения должен осуществляться на основе технико-экономических показателей.