Создание замкнутых водооборотных систем

Настоятельная необходимость и целесообразность создания замкнутых систем производственного водоснабжения, являющихся основой рационального водопользования, обусловлены тремя основными факторами:

- дефицитом пресной воды. В основном районы с дефицитом пресной воды находятся на юге и юго-востоке страны и занимают значительную территорию. На увеличение дифицита пресной воды влияют не только непрерывный рост водопотребления, но и деградация качества воды природных водоисточников в результате поступления в них сточных вод. Одной из серьезных причин повышения содержания солей в водоемах является сброс коллекторно-дренажных вод орошаемых массивов с содержанием солей до 20 г/л и более. Положение усугубляется еще и тем, что наблюдается общая тенденция к увеличению содержания солей в водах, сбрасываемых в реки, что, естественно, сказывается и на качестве воды;

- исчерпанием обезвреживающей (самоочищающей и разбавляющей) способности водоемов, в которые сбрасываются сточные воды. Прогноз развития хозяйственной деятельности человека показывает, что для разбавления сточных вод при условии, что их качество после очистки будет находиться на современном уровне, потребуется использование всех водных ресурсов планеты. Так, в Волгу ежегодно поступает 22,5 км сточных вод (годовой сток реки – 254 км ). Для того чтобы вода соответствовала рыбохозяйственным нормативам, сточную воду необходимо разбавлять в 30 раз, т.е. надо иметь еще почти две реки Волги. По вопросу самоочищения водоемов среди ученых имеются разные точки зрения. Академик И.В. Петрянов-Соколов, например, считает, что нельзя даже говорить о самоочищающей способности водоемов, поскольку масштабы поступления загрязняющих веществ превышают эту способность, а кроме того, процессы самоочищения, как правило, протекают в ущерб другим жизненно важным процессам;

- экономическими преимуществами по сравнению с очисткой сточных вод до соответствующих нормативов, позволяющих их сброс в открытые водоемы. Современный уровень развития техники и технологии очистки сточных вод обеспечивает получение воды практически любой степени чистоты. Все определяется стоимостью такой очистки. Если стоимость 90%-ной степени очистки сточных вод принять за единицу, то очистка на 99% обойдется примерно в 10 раз дороже, а очистка на 99,9%, которая часто и требуется для достижения ПДК, будет дороже в 100 раз. В результате локальная очистка сточных вод с целью их повторного использования в производстве в большинстве случаев оказывается значительно дешевле их полной очистки в соответствии с требованиями санитарных органов. В целом рецикл оказывается более выгоден, чем прямоточная система водоснабжения. По данным американских ученых, экономический оптимум затрат на создание замкнутого водооборотного цикла в химической промышленности США достигается при 94%-ной степени повторного использования воды.

Создание экономически рациональных замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов только путем совершенствования способов очистки сточных вод или внедрения безводных процессов не представляется возможным. Для этого необходимо: многократное (каскадное) рациональное использование воды в производстве, применение маловодных или безводных технологических процессов и эффективных способов очистки локальных потоков сточных вод с учетом повторного их использования, создание локальных замкнутых систем технического водоснабжения, использование сточных вод, прошедших обработку на внеплощадных очистных сооружениях, в системах технического и охлаждающего водоснабжения и т.д.

Анализ показывает, что создание экономически обоснованных замкнутых систем водного хозяйства является весьма трудной задачей. Сложный физико-химический состав сточных вод, разнообразие содержащихся в них соединений и их взаимодействие друг с другом делают невозможным подбор универсальной структуры бесточных систем, пригодных для применения в различных отраслях народного хозяйства. Создание таких систем на предприятиях зависит от особенностей технологии, технической оснощенности, требований к качеству получаемой продукции и используемой воды и т.д. В ряде отраслей они уже внедряются, а в других еще необходимы определенные разработки и подготовка.

Вопросом первостепенной важности при создании замкнутых водооборотных систем является разработка научно-обоснованных требований к качеству воды, используемой во всех технологических процессах и операциях. В подавляющем большинстве технологических операций нет необходимости в использовании воды питьевого качества. Поэтому необходимо оценить максимально допустимые пределы основных показателей качества воды, которые определяются следующими факторами:

- не должно ухудшаться качество получаемого продукта;

- должна обеспечиваться безаварийная работа оборудования; оно не должно разрушаться вследствие коррозии, на стенках не должны появляться отложения и т.д.

- не влиять на здоровье обслуживающего персонала за счет изменения токсикологических или эпидемиологических характеристик воды.

Общими вопросами при разработке замкнутых водооборотных систем для всех отраслей народного хозяйства являются следующие:

- максимальное внедрение воздушного охлаждения вместо водяного: на многих предприятиях на охлаждение расходуется до 70% всей используемой воды;

- размещение комплекса производств на промышленной площадке таким образом, чтобы было возможно многократно использовать воду в технологических производствах;

- последовательное многократное использование воды в различных или идентичных производствах должно по возможности приводить к образованию небольшого объема максимально загрязненных сточных вод, для обезвреживания которых можно подобрать достаточно эффективные методы очистки;

- использование воды для очистки газов только тогда, когда из газов извлекаются и используются ценные компоненты, применение воды для очистки газов от твердых частиц допускается только в случае замкнутого цикла;

- обязательная регенерация отработанных кислот, щелочей и солевых технологических растворов с использованием извлекаемых продуктов в качестве вторичного сырья.

Особенностью замкнутых водооборотных систем является обязательный учет токсикологической и эпидемиологической характеристик очищенных сточных вод и их влияние на человека. Большое внимание в оборотных системах охлаждающего водоснабжения следует уделять борьбе с биологическим обрастанием, для чего приходится применять специальные ингибиторы, содержащие токсичные вещества, например соли хрома, или хлорировать (озонировать) воду.

Общая система водного хозяйства должна включать сбор, очистку и использование ливневых вод, которые в ряде случаев применяются для подпитки систем оборотного водоснабжения. Сбор и очистка вод в связи со случайным выпадением осадков достаточно сложны и требуют значительных капитальных вложений. Обычно для подпитки оборотных систем, а в ряде случаев и вообще для технического водоснабжения, используются очищенные сточные воды городов.