Водохозяйственный комплекс промышленного предприятия

1. Водохозяйственный комплекс и его  основные элементы, принципиальное устройство

 

    Водохозяйственный комплекс – это совокупность различных отраслей хозяйства, совместно использующих водные ресурсы одного водного бассейна.

    В нашей стране создан и функционирует мощный водохозяйственный комплекс, обеспечивающий удовлетворение потребностей в воде промышленности, водного транспорта, гидроэнергетики, сельского хозяйства, питьевого водоснабжения. Основу комплекса в настоящее время составляют 65 тыс. объектов гидротехнического назначения, 36 тыс. водозаборных и сбросных сооружений, 29 тыс. водохранилищ, прудов, накопителей жидких отходов с напорными гидротехническими сооружениями (ГТС). Для защиты населенных пунктов, объектов экономики и сельхозугодий построено около 10 тысяч км защитных инженерных сооружений - водооградительных дамб и обвалований с системами дренажа, насосными станциями, аварийными водовыпусками /2/.

    В системе водного хозяйства промышленность выступает как один из крупнейших потребителей воды, предъявляющий различные  требования к ее качеству и количеству.

    Для промышленного водопотребления  характерны большие объемы водопотребления  и водоотведения; незначительный процент  безвозвратного водопотребления; значительная зависимость водозабора от технологии производства и системы водоснабжения; разнообразия функций использования  воды; равномерность потребления  воды в течение года; высокий удельный вес в загрязнении источников воды.

    Промышленность  – один из наиболее ответственных  потребителей, требующих высокой  надежности подачи воды. Расчет обеспеченности водоподачи для промышленности составляет 95-97% (по числу бесперебойных лет) /2/.

    Промышленные  стоки ухудшают качество воды в водохранилище. Большой удельный вес в загрязнении  воды имеют сточные воды предприятий  нефтяной, металлургической, целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности. Для уменьшения вредного воздействия сточных вод, необходимо совершенствование методов очистки.

    Водохозяйственный комплекс крупных предприятий, как  правило, включает в себя сооружения для очистки сточных вод. Эти  сооружения служат для снижения концентрации загрязняющих веществ до ПДК.

    ПДК – это предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ -

утверждённый  в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив. Под ПДК понимается такая концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений.

    Сточные воды, проходя через очистные сооружения попадают в общегородскую канализационную  сеть или в водный объект. Именно поэтому необходимы эффективные  и надежные очистные сооружения, которые  будут позволять безопасное использование  воды в дальнейшем.

    В зависимости от того, куда поступает  вода после очистных сооружений –  в водоем или в канализационную  сеть для повторного использования  – выделяют 2 основных системы водообеспечения: прямоточная и оборотная.  

    1.1 Прямоточная система водообеспечения  (рис. 1)

    В прямоточной системе водообеспечения  вода, забираемая из водоема,  используется однократно, а затем обратно возвращается в водоем. Для этой системы характерно последовательное использование воды в нескольких производственных процессах. Например, в строительстве таким  образом производят сначала охлаждение оборудования, затем промывку аппаратов, а на заключительной стадии вода идет на приготовление растворов. В этом случае отработанная вода загрязняется, как правило, минеральными и органическими веществами.

    

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рис. 1 Схема прямоточного водоснабжения:

    1 –  водоприемник с совмещенной насосной  станцией; 2 – водоводы; 6 – цех, где вода используется для охлаждения; 9 – водонапорная башня; 10 – канализационные очистные сооружения 

    1.2 Оборотная система водообеспечения  (рис. 2)

    Оборотная система водообеспечения предполагает повторное использование водных ресурсов. То есть, вода, отработанная на предприятии, проходит очистку на специальных сооружениях, охлаждается, а затем поступает в канализационную  сеть и используется повторно. Таким  образом, происходит потребление воды «по кругу». Оборотные системы  предназначены, в основном, на производстве для охлаждения горячих жидкостей  водой, находящейся в замкнутом  цикле. Отработанная вода до очитки может  содержать ионы тяжелых металлов, взвешенные вещества, нефтепродукты и синтетические поверхностно активные вещества. Эти соединения наиболее опасны и токсичны, поэтому сточные воды в данном случае требуют еще более тщательной очистки. Оборотная вода должна быть безопасна для дальнейшего использования, не вызывать коррозию оборудования, не способствовать образованию карбонатных отложений в трубопроводах.

 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.2 Схема  оборотного водоснабжения:

1. – водоприемник, совмещенный с насосной станцией (НС); 2 – водоводы; 3 – сборный колодец; 4 – циркуляционная насосная станция; 5 – внутризаводской водовод; 6 – цех, где вода используется для охлаждения; 7 – сбросной трубопровод; 8 – охладитель

 
 
    

2. Пути  рационального использования  воды и современные  методы очистки стоков

 

    2.1 Пути рационального использования воды

    Уменьшение  объема сточных вод возможно при  оборотном и повторном водоснабжении. Эти системы водоснабжения –  элементы безотходной технологии, а, следовательно, рационального использования ресурсов и бережного отношения к природе.

    Применение  бессточных технологий – один из путей  экономии свежей воды в промышленности. Внедрение бессточных технологий устраняет  загрязнение водоемов сточными водами. Исчезает необходимость разбавления  сточных вод.

    Для промышленных целей рационально  использование не только очищенных  сточных вод, но и морских вод  в прибрежных районах. Стимулом для  снижения водопотребления, внедрения  прогрессивных технологий и систем водоснабжения послужило внедрение  платы за воду.

    Мероприятия по охране природных ресурсов должны основываться на основе схем комплексного использования водоема и охраны водных ресурсов бассейна. Система мероприятий по охране вод включает создание прибрежных водоохранных зон по берегам рек и крупных каналов, охрану водоемов и водотоков от загрязнения и истощения, мелиорацию водоемов (очистку от сапропеля, разведение растительноядных рыб), охрану подземных вод.

    Мероприятия по охране водных ресурсов разрабатывают  в комплексе с другими природоохранными мероприятиями бассейна или региона. На гидромелиоративных системах и прилегающих  территориях предусматривают охрану вод от загрязнения и истощения  с учетом принятия санитарно-гигиенических норм и правил (СанПиН).

    Важное  место в предохранении гидроресурсов  от загрязнений (под загрязнением понимают накопление в воде различных химических соединений /3/) принадлежит несомненно очистным сооружениям. Очистные сооружения бывают разных типов в зависимости от основного способа обезвреживания нечистот. Основные способы обезвреживания и очистки сточных вод рассмотрены ниже. 

    2.2 Основные способы очистки сточных  вод

    Типовая схема очистки сточных вод  крупных предприятий (рис. 3) происходит, как правило, по следующей схеме.

    Изначально  проводится очистка сточных вод  внутри цеха (локальная очистка). На этом этапе происходит извлечение из отработанной воды щлама, легко оседающих, всплывающих веществ. Для этого  используются нефтеловушки и отстойники. Извлеченный шлам и другие вещества утилизируют, либо ликвидируют.

    После этого этапа по общезаводскому коллектору стоки направляются в городскую  канализацию и далее на муниципальные  очистные сооружения. 

      

    Рис. 3 Типовая схема очистки сточных  вод

    Большинство крупных предприятий имеют собственные  очистные сооружения. В этом случае сточные воды после очистки от шлама и легко всплывающих  и оседающих веществ поступают  на сооружения механической очистки.

    Механическая  очистка всегда входит в комплекс очистных сооружений. Она применяется для выделения из сточных вод нерастворимых минеральных и органических примесей. При этом предварительно производится дробление твердых компонентов (цементные и глиняные комья, камни). В результате механической очистки обеспечивается снижение минеральных взвешенных веществ до 90 %, а органических веществ до 20 % /4/. В комплекс сооружений механической очистки входят решетки, различного вида уловители, отстойники, фильтры, циклоны, центрифуги.

    Число рабочих единиц любых сооружений механической очистки должно быть не менее 2, а число отстойников –  не менее 4 с целью обеспечения  надежной работы очистной станции /4/. Повышение эффективности работы сооружений механической очистки сточных вод позволяет сократить объемы последующих сооружений и значительно снизить капитальные и экплуатационные затраты.

    В зависимости от требуемой степени  очистки очистные станции могут  дополнятся сооружениями, основанными  на физических, физико-механических, физико-химических, химических или биологических методах.

    Наиболее  распространенным способом физико-механической очистки является флотация. Он основан на поглощении примесей, содержащихся в отработанной воде, пеной. Для этого в сточной воде искусственным путем создают пузырьки воздуха, которые затем всплывают и аккумулируют на своей поверхности загрязняющие вещества. Пузырьки, всплывая, образуют пену, которая удаляется вместе со всеми вредными компонентами и ликвидируется.

    Физико-химические методы применяются для очистки сточных вод от мелкодисперсных (0,1–10 мкм) и коллоидных (0,001–0,1 мкм) примесей /3/, а также кислот, оснований и некоторых ионов, солей и тяжелых металлов. Это необходимо для защиты от коррозии материалов водоотводных сетей и очистных сооружений, а также для предварительной очистки воды перед поступлением ее в сооружения биологической очистки. В практике широко получил распространение метод взаимной нейтрализации кислот и щелочей, содержащихся в сточных водах, а также нейтрализация сточных вод специальными реагентами. Также часто применяют в физико-химических методах очистки сточных вод коагуляцию, экстракцию, сорбцию и другие способы.

    Биологическая очистка сточных вод основана на процессе биологического окисления органических соединений, содержащихся в сточных водах. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов, которое включает бактерии и простейших. Для биологической очистки вод используют поля орошения, фильтрации, биологические пруды и другие сооружения. На полях орошения очистка происходит за счет жизнедеятельности аэробных почвенных микроорганизмов. В биологических прудах процесс очистки происходит за счет аэрации (перемешивания водной массы с атмосферным воздухом), а также за счет окисления растворенных в воде веществ гидробионтами. Обширное применение в практике получили биофильтры и аэротенки.

    Аэротенки представляют собой достаточно глубокие (от 3 до 6 м) резервуары, снабженные устройствами для аэрации. Здесь обитают колонии микроорганизмов, расщепляющие органические вещества. После аэротенков очищенная вода попадает в отстойники, где происходит осаждение активного ила для последующего частичного возвращения его в аэротенк. Кроме того, на подобных сооружениях устраиваются специальные емкости, в которых ил «отдыхает» (регенерируется).

    Биофильтр в простейшем исполнении представляет собой резервуар, заполненный крупнозернистым материалом, на частицах которого закрепляются микроорганизмы. То есть, в отличие от аэротенка, аэробные бактерии расположены здесь на стационарно размещенных носителях. Биофильтры проще аэротенков в эксплуатации, более надежны и способны переносить периодические перегрузки по загрязнению и объему сточных вод.

    Все вышеперечисленные методы очистки  сточных вод применимы, когда  концентрация определенных загрязняющих стоки веществ не превышает допустимую (ПДК). В большинстве случаев необходимо проводить три-четыре ступени предочистки сточных вод, чтобы добиться необходимого содержания определенных загрязняющих веществ. Кроме того, чтобы сбросить уже очищенные сточные воды в водоем после сооружений биологической очистки, часто необходима их доочистка (например, озонированием или УФ-облучением).