Тема 4. Понятие о системах водообеспечения и водоотведения промышленных предприятий

Системы водообеспечения промышленных предприятий представляют собой комплекс сооружений, предназначенных для снабжения потребителей водой в необходимом количестве, требуемого качества и под требуемым напором.

Под системой водоотведения промышленных предприятий понимается комплекс сетей и сооружений, предназначенных для организованного приема и удаления за пределы промышленных предприятий загрязненных сточных вод, а также для их очистки и обезвреживания перед утилизацией или сбросом в водоем.

Воду в системах производственного водообеспечения обычно подразделяют на четыре категории:

· вода I категории используется для охлаждения жидких и конденсации газообразных продуктов в теплообменных аппаратах без соприкосновения с продуктом; при проведении технологических процессов вода только нагревается и практически не загрязняется;

· вода II категории служит в качестве среды, поглощающей различные нерастворимые (механические) и растворенные примеси; вода не нагревается (обогащение полезных ископаемых, гидротранспорт), но загрязняется механическими и растворенными примесями;

· вода III категории используется так же, как и вода второй категории, но с нагревом (улавливание и очистка газов в скрубберах, гашение кокса и др.);

· вода IV категории служит в качестве экстрагента и растворителя реагентов (например, при флотационном обогащении природных ископаемых).

Количество образующихся производственных сточных вод можно определить по укрупненным нормам водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности. Общее количество стоков зависит от производительности предприятия.

Нормой водопотребленияназывается целесообразное количество воды, необходимое для производственного процесса, установленное (или рекомендуемое) на основании передового опыта или научно обоснованного расчета. Нормой водоотведения является установленное среднее количество сточных вод, отводимых от производства в водоем при целесообразной норме водопотребления. Эти показатели выражаются в м³ воды на единицу готовой продукции или используемого сырья. Приведем примеры некоторых норм водоотведения.

Следует указать, что количество сточных вод от крупных промышленных предприятий составляет 200-400 тыс. м³/сут, что соответствует количеству сточных вод от городов с населением 1-2 млн. человек.

Расход производственных сточных вод, поступающих на очистные сооружения, рассчитывают по следующим формулам:

Q_сут = N*M, (1)

q_{макс.см} = N*M_{макс.см} *K_ч/3,6T, где (2)

Q_сут - общий расход производственных сточных вод, м³/сут;

q_{макс.см.} – максимальный расход производственных сточных вод, л/с;

N – норма водоотведения на единицу продукции или перерабатываемого сырья с учетом водооборота, м³;

М и М_{макс.см} – число единиц продукции или перерабатываемого сырья при максимальной выработке соответственно в сутки и за смену;

Т – число рабочих часов в смену;

К_ч – коэффициент часовой неравномерности.

Коэффициенты часовой неравномерности общего стока для различных отраслей промышленности равны: для предприятий металлургической промышленности 1-1,1, химической 1,3-1,5, пищевой 1,5-2 и др.

Необходимо также учитывать изменения состава сточных вод в течение суток. В ряде случаев существует корреляция между изменением расхода сточных вод в течение суток и изменением их состава. Иногда эта зависимость отсутствует.

Рис.1. Схемы прямоточного водоснабжения промышленных предприятий:

1-вода свежая, чистая, ненагретая; 2-сточная вода, нагретая; 3-то же, нагретая и загрязненная; 4-то же, очищенная; ПП, ПП-1 и ПП-2-промышленные предприятия; ОС-очистные сооружения; Q_ист -вода, подаваемая из источника на производственные нужды; Q_пот ,Q_пот.1,Q_пот.2-вода, безвозвратно потребляемая на промышленных предприятиях; Q_шл-вода, удаляемая со шламом; Q_сбр-вода, сбрасываемая в водоем

При создании системы водообеспечения промышленных предприятий используют две схемы подачи воды: последовательную, или прямоточную, и замкнутую, или оборотную. Последняя схема наиболее предпочтительна для создания на промышленных предприятиях. Прямоточная система водообеспечения допускается только при невозможности или нецелесообразности применения системы оборотного водоснабжения. Образующиеся сточные воды перед сбросом в водоем должны быть подвержены очистке.

При прямоточном водоснабжении (рис.1) количество отводимых в водоем сточных вод (Q_сбр) можно рассчитать по следующей формуле

Q_сбр = Q_ист -Q_пот (7)

Существуют прямоточные схемы водообеспечения предприятий с последовательным использованием воды (рис. 1), которое может быть двух-, трехкратным. Количество сточных вод, отводимых в водоем при использовании этой схемы, определяется из следующего выражения

Q_сбр = Q_ист-(Q_пот.1 + Q_пот.2+ Q_шл) (8)

Рис.2. Схемы оборотного водоснабжения промышленных предприятий:

а-с охлаждением сточных вод, б-с очисткой сточных вод, в-с очисткой и охлажде­нием сточных вод;

1-вода свежая, чистая, не нагретая; 2-сточная вода, нагретая; 3-то же, ненагретая и загрязненная; 4-то же, очищенная; 5-сточная вода, загрязненная; 6-оборотная вода;

ОУ-охладительные установки; Q-вода, подаваемая на производственные нужды, -оборотная вода, Q_ун-вода, теряемая на испарение и унос из охладительных установок.

В последнее время широкое распространение получила оборотная схема водоснабжения промышленных предприятий (рис.2). В некоторых отраслях промышленности (например, металлургической, нефтеперерабатывающей) в системах оборотного водоснабжения используются 90-95 % сточных вод, а остальная вода после очистки сбрасывается в водоем.

Как следует из рис.2, а-в, используемая в системах оборотного водоснабжения, вода может или нагреваться, или загрязняться, а также и нагреваться, и загрязняться. Соответственно, воду перед повторным использованием охлаждают или очищают, либо сточные воды подвергают и очистке, и охлаждению.

Для компенсации безвозвратных потерь воды в системах оборотного водоснабжения за счет испарения с поверхности, разбрызгивания, уноса ветром и других факторов осуществляется подпитка водой из водоемов. Количество подпиточной воды может быть рассчитано по следующей формуле:

Q_ист = Q_пот +Q_ун +Q_шл +Q_сбр, где (3)

где Q_пот – безвозвратные потери воды на производстве; Q_ун – потери воды на охладительных установках.

Обычно общее количество подпиточной воды составляет 5-10 % от общего количества воды, циркулирующей в системе.

Существуют три показателя оценки эффективности использования воды на промышленных предприятиях.

1. Техническое совершенство системы водоснабжения оценивается количеством использованной оборотной воды Роб, %

где (4)

Q_c - количество воды, поступающей в систему водоснабжения с сырьем.

2. Рациональность использования воды, забираемой из источника, оценивается коэффициентом использования, K_ис

(5)