Оборотное водоснабжение

Оборотное водоснабжение предприятий

Машиностроительные и смежные отрасли промышленности являются наиболее водоемкими, и в тоже время на предприятиях данных отраслей в технологических процессах происходит образование особо токсичных сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, растворимые органические соединения и другие виды загрязнений. В связи с этим сегодня стоит острая необходимость сокращения сброса промышленных сточных вод в водные объекты и создание систем оборотного водоснабжения.

В ходе решения представленных выше проблем, т.е. перехода к рациональному водопотреблению и минимизации сброса сточных вод, необходимо использовать наилучшие доступные технологии для создания малоотходных и безотходных (безводных) технологических процессов, основанных на мембранных технологиях, электрофлотации, вакуумном выпаривании, термической утилизации твердых и жидких отходов гальванического производства.

Системы оборотного водоснабжения - замкнутые системы, позволяющие повторно использовать промышленные сточные воды, прошедшие процесс очистки на очистных сооружениях замкнутого цикла. Система оборотного водоснабжения предприятия полностью исключает сброс промышленных сточных вод в водные объекты или системы канализации. Оборотное водоснабжение позволяет решить важнейшие экологические и экономические задачи: значительно (на 85-95%) сократить водопотребление промышленного предприятия, снизить потери ценных компонентов со сточными водами, избежать платы за водоотведение и превышение предельно допустимых концентраций - ПДК сточных вод.

В настоящее время специалистами Технопарка РХТУ им Д.И. Менделеева ведутся широкомасштабные исследования и в области охраны водных ресурсов, математического моделирования и системного анализа, автоматизированного проектирования технологических схем очистки сточных вод и создания замкнутых систем оборотного водоснабжения.

Большинство современных промышленных очистных сооружений, базирующихся на традиционных технологиях реагентной, механической, электрокоагуляционной и биологической очистки, не обеспечивают очистку сточных вод от тяжелых металлов до ПДК рыбохозяйственных водоемов, так и снижение солесодержания в сточных водах. При полном или частичном возврате очищенных данными методами сточных вод на повторное использование, через несколько технологических циклов происходит постепенное засоление циркулирующей в системы воды, что приводит в итоге к большому количеству проблем: коррозии оборудования, ухудшению качества гальванических покрытий в процессах обработки поверхности металла и т.д.

Внедрение систем оборотного водоснабжения на промышленных предприятиях, в том числе гальванических производствах, обусловлено основными факторами: наличием и стоимостью водных ресурсов; наличием водных объектов или инженерных коммуникаций, предназначенных для сброса сточных вод; более высокой рентабельностью в сравнении с существующей технологией, т.е. очисткой сточных вод до региональных требований пдк на очистных сооружениях перед сбросом.

Рис.1. Система оборотного водоснабжения гальванического цеха

Основны создания систем оборотного водоснабжения:

• Проектирование систем замкнутого водоснабжения промышленных предприятий необходимо начинать с аудита технологических процессов производства с целью минимизации водопотребления;

• Создание систем оборотного водоснабжения следует сочетать с организацией малоотходного и безотходного производства с максимальным извлечением из сырья целевых продуктов;

• Потоки сточных вод необходимо разделять по типу загрязняющих веществ и их концентрации с целью локальной очистки каждого типа сточных вод;

• Для технологических процессов со значительным водопотреблением следует установить научно обоснованные нормативные требования к качеству технической воды;

• Системы оборотного водоснабжения следует объединять со станциями промышленной водоподготовки с целью дополнительного снижения капитальных и эксплуатационных затрат.

Анализ существующих технологических решений и проектных материалов показывает, что создание систем оборотного водоснабжения на промышленных предприятиях является хотя и достаточно сложной, но решаемой задачей. Современные технологии и оборудование для очистки сточных вод позволяют обеспечить получение воды любой требуемой степени чистоты из любой природной и/или сточной воды, при этом создание замкнутого водоснабжения может тормозится лишь причинами экономического характера.

       Консультацию специалистов Технопарка РХТУ им Д.И. Менделеева Вы можете получить по телефонам: (495) 768-06-46 и (499) 978-49-59.

Технопарк РХТУ им Д.И. Менделеева

Выпарные установки

       Концентрирование сточных вод с последующим выделением растворенных веществ используется для обессоливания сточных вод. Процесс состоит из двух стадий: кон­центрирования сточных вод (в выпарных аппаратах и установках кристаллизации) и выделения сухого остатка (кристаллизацией, сушкой, сжиганием в печах). Метод позволяет использовать как полученную обессоленныю воду в основной технологии, так и выделен­ные твердые вещества - соли.
       Для концентрирования растворов в промышленности наиболее распространены выпарные установки: одноступенчатые и много­ступенчатые с выпарными аппаратами различной конструкции.
       При производительности до 2 м³/ч сточной воды можно использовать выпарные аппараты с паровым нагревом и перемеши­ванием, кипение в них происходит в большом объеме. Они имеют следующие недостатки: небольшая производительность, низкий коэффициент теплопередачи, большая металлоемкость, а также необходимость периодических остановок для очистки поверхнос­ти нагрева от накипи.
       Для концентрирования средне и высокосоленых стоков перспективны аппараты с вынесенной поверхностью нагрева и принудительной циркуляцией при скорости потока 2—3 м/с. При таких условиях значитель­но уменьшается отложение солей на по­верхности нагрева.
       В последнее время для организации оборотного водоснабжения на предприятиях получили распространение аппараты с вынесенной зоной испарения и естественной или принуди­тельной циркуляцией. В этих аппаратах раствор подогревается в трубах, а испа­рение происходит вне поверхности на­грела. Греющая камера имеет диаметр 3-4м, высоту 6м и поверхность нагрева 1500 м². Для равномерного подвода пара к труб­кам между корпусом и крайними труб­ками имеется кольцевое пространство. Дистиллят отводится из корпуса в кор­пус из нижней части греющей камеры. В сепараторе капли отделяются в ловуш­ках с наклонными жалюзи. Для более глубокой очистки пара от солей в первых двух корпусах аппарата установлены барботажные тарелки.
       Могут быть использованы также пле­ночные выпарные аппараты: вертикаль­но-трубчатые с нисходящей и восходя­щей пленками, горизонтально-трубчатые с растекающейся пленкой и роторные. Схема выпарной установки представлена на Рис. 1.

       При вращении ротора возникает значитель­ная скорость движения жидкости. Это способс­твует интенсифика­ции теплообмена при испарении и конденса­ции пара, снижению отложения солей. Пар подается в греющие камеры секций повер­хности нагрева через полый вал. Поверх­ность нагрева ротора 7,85 м²; давление пара 0,4МПа; диаметр рото­ра 0,92м; частота враще­ния ротора 450 об/мин; коэффициент тепло­передачи (при медной поверхности нагрева) до 12 кВт/(м²•К).
       При поверочных расчетах выявляется возможность использо­вания имеющихся аппаратов в заданных условиях работы, опре­деляется фактическая производительность действующей выпарной установ­ки и устанавливаются оптимальные режимы работы.
       Установки мгновенного адиабатного испарения (УМИ). В этих ус­тановках вода испаряется в каналах, где давление ниже давления на­сыщения, соответствующего температуре поступающей жидкости.
       Адиабатные испарительные установки широко используют для обессоливания морской воды. По числу ступеней они делятся на одноступенчатые и многоступенчатые; по числу контуров цир­куляции — на одноконтурные и многоконтурные; по числу кас­кадов испарения — на однокаскадные и многокаскадные; они мо­гут быть с поверхностным или с контактным подогревателем.
       С повышением числа ступеней удельный расход пара умень­шается и в конечном счете соответствует расходу пара в много­ступенчатых выпарных установках.
       Удельный расход тепла на получение 1л дистиллята в много­ступенчатых установках составляет 240—280 кДж/кг.
       Для снижения образования накипи сточные воды подкисляют раствором серной кислоты или вводят в нее кристал­лическую затравку.
       Для концентрирования стоков без выделения солей на по­верхности нагрева можно использовать выпарные установки, в которых теп­ло к раствору подводится в процессе контактного обмена, при непосредственном соприкосновении теплоносителя и жидкости. Теплоносителями могут быть газообразные, твердые и жидкие вещества.
       В одноступенчатых выпаривателях пары раствора поступают в греющий теплоноситель и уносятся с ним. Поэтому концентри­рование сточных вод осуществляют в скрубберах, тарельчатых ко­лоннах, сушилках, печах, аппаратах погружного горения. В уста­новках другого типа раствор нагревается в контактном аппарате, а затем направляется в ступень адиабатного испарения.
       В многоступенчатых установках раствор подогревается в контактном аппарате. а улавливается в многоступенчатых адиабатных выпаривателях.
       Основным недостатком одноступенчатых выпарных аппаратов является большой удельный расход тепла, который составляет 3000—8000 кДж/кг испарившейся воды. В многоступенчатых установ­ках удельный расход тепла меньше: 350—1400 кДж/кг.
       Циркулирующий по кон­туру газовый теплоноситель нагревается в теплообменнике и пос­тупает в контактный аппарат. Конструкция контактного аппарата может быть разной. Нагретый раствор направляется в испаритель­ную камеру, в которой более низкое давление. После испарения концентрированный раствор выводится частично из выпарной установки, а частично циркулирует.
       В выпаривателях с гидрофобными теплоносителями нагреваемый рас­твор контактирует с жид­ким гидрофобным теп­лоносителем. В качестве гидрофобных теплоносите­лей используются жидкий силикон, минеральные масла, парафины и пр.
       Данные выпарные установки имеют следующие преимущества: отсутствие отложений на поверхности нагрева; меньшая коррозия обору­дования; больший темпе­ратурный напор; меньшие капитальные затраты. Их недостатками являются необходимость использования большого количества гидрофобной жидкости; сложность сепарации теплоносителя от раствора дистиллята и кристаллов солей от теплоносителя; больший расход электроэнергии, низкая интенсивность теплообмена, большие сечения трубопроводов для перекачивания гидрофобных теплоносителей.
       С целью повышения интенсивности теплообмена предложено ис­пользовать в качестве теплоносителя твердые металлические или мине­ральные частицы. Интенсивность теплообмена рас­тет с увеличением скорости движения частиц, разности плотнос­тей твердых частиц и воды и теплопроводности частиц. Однако такие теплоносители вызывают эрозию оборудования, трудно транспортируются под давлением, вызывают отложение солей на поверхности, что требует ее очистки.

Очистка сточных вод автомоек

       Оборотное водоснабжение для автомойки организуется следующим образом: сточные воды самотеком поступают в накопительную емкость Е1, где производится их количественное усреднение и гомогенизация состава. Для контроля уровня жидкости L накопительная емкость E1 оборудуется датчиком уровня.
       Из емкости Е1 сточные воды подаются насосом Н1 в двухсекционный реактор Р1. Сюда же дозируются: насосом-дозатором НД1 рабочий раствор коагулянта - сульфата алюминия из дозатора Д1. Перемешивание среды в реакторе Р1 осуществляется с помощью сжатого воздуха от компрессора К1. Реактор расположен на подставке, выше уровня мембранного флотатора ФММ.
       Для периодической очистки реактора предусмотрен диафрагменный насос Н2, работающий на сжатом воздухе. Накопившийся осадок транспортируется в сборник шлама Е2.
Из реактора Р1 стоки самотеком поступают на мембранный флотатор ФММ, где происходит извлечение ПАВ, взвешенных веществ и нефтепродуктов.
       В мембранном флотаторе, в результате пропускания воздуха под давлением через пористые материалы (керамические мембраны), происходит насыщение воды пузырьками воздуха и флотация дисперсных веществ. Образующиеся флотокомплексы, транспортируются пузырьками воздуха на поверхность жидкости, где накапливаются в пенном слое флотошлама, который периодически удаляется с поверхности жидкости пеносборным устройством в сборник шлама Е2. Далее шлам утилизируется по мере накопления.
       Вода с мембранного флотатора самотеком поступает в накопительную емкость Е3, откуда насосом Н3 подается на сорбционные фильтры грубой очистки Ф1, в которых происходит удаление остаточных взвешенных веществ. Фильтры Ф1 периодически в автоматическом промываются обратным током со сбросом загрязнений в накопительную емкость Е1.
После фильтров Ф1 очищенная вода поступает в накопительную емкость Е4, откуда насосом Н4 подается на автомойку.

Рис.1. Система оборотного водоснабжения и очистки сточных вод автомойки

       Излишки воды из накопительной емкости Е4 насосом Н5 подаются на сорбционный фильтр тонкой очистки Ф2, в котором происходит финишная доочистка воды до норм ПДК. Фильтр Ф2 периодически в автоматическом промываются обратным током со сбросом загрязнений в накопительную емкость Е1. Для периодической промывки фильтров используется очищенная вода из накопительной емкости Е4.
       После фильтра Ф2 очищенная вода под остаточным давлением сбрасывается на рельеф или в водоем.

Рис.2. Оборудование для очистки сточных вод автомоек - флотатор и сорбционные фильтры