Методы создания замкнутых систем водоснабжения

Сточные воды, образующиеся на предприятиях, по составу подразделяют на три группы:

• производственные воды (стоки), использованные в технологических процессах; бытовые воды от санитарных узлов и других мест бытового назначения; ливневые стоки, собираемые с территории предприятия.

В свою очередь производственные стоки разделяют на четыре категории:

о вода 1-й категории используется для охлаждения сырья или продукции в теплообменпых аппаратах без соприкосновения с реакционными материалами. Такая вода имеет повышенную температуру, но практически не загрязнена;

о вода 2-й категории служит в качестве абсорбента для поглощения механических и растворимых примесей, имеет комнатную температуру, но загрязнена примесями;

о вода 3-й категории используется так же, как вода 2-й категории, но подвергается нагреву;

о вода 4-й категории служит в качестве экстрагента веществ, участвующих в технологическом процессе.

Применение воды на промышленном предприятии по замкнутому циклу тесно связано с технологией основного производства. Создание замкнутого водооборотного цикла включает в себя решение нескольких вопросов.

Организация замкнутых систем должна сочетаться с разработкой безотходного производства основных продуктов при обеспечении их максимального выхода. Очистка должна сводиться к регенерации отработанных растворов и воды в целях их повторного использования в производстве.

Проектирование замкнутых систем предусматривает в качестве первой стадии детальную проработку мероприятий, направленных на сокращение потребления воды в основном производстве и на вывод отходов из технологических процессов в виде твердых веществ или высококонцентрированных растворов.

Методы, применяемые для регенерации технологических растворов и воды, должны обеспечить одновременное извлечение ценных компонентов и доведение образующихся отходов до товарного вида или вторичного сырья при минимальных материальных и энергетических затратах.

При использовании воды в качестве охлаждающего агента (вода 1-й категории) следует предусмотреть мероприятия, ограничивающие потребление свежей воды. Это может быть достигнуто при замене водяных систем охлаждения на системы воздушного, воздушно-испарительного и двухконтурного испарительного охлаждения. Основное преимущество аппаратов воздушного охлаждения состоит в исключении потерь воды на испарение при использовании градирен и на атмосферный унос.

При употреблении воды в системах гидротранспорта (вода 2-й категории) предварительно следует рассмотреть вопрос применения механического или пневматического транспортирования пыли, шлама и золы; разработать локальную систему очистки и ввести замкнутый цикл. К. оборотной воде систем гидротранспорта не предъявляются высокие требования, поэтому в этой системе возможно использование очищенных сточных вод с других участков предприятия.

При употреблении воды в качестве экстрагента в системах промывки важно разработать оптимальный режим основной операции и применение совершенного оборудования, позволяющего обеспечить минимальный расход воды. Например, во многих случаях целесообразна организация противоточной промывки. Вода с первых стадий промывки поступает на последующие стадии и на последней стадии контактирует с наиболее концентрированным продуктом или отходом. При такой технологии значительно уменьшается расход воды, а образующиеся сточные воды являются концентрированными. При любом производстве сточные воды пелесообразно выводить двумя потоками. Концентрированные сточные воды, которые получают в небольшом объеме, присоединяют к основным технологическим растворам. Слабо загрязненные воды подвергают выбранному методу очистки или включают в водооборотный цикл.

При использовании воды в основном производстве образуются кислые, щелочные или солевые растворы. Их целесообразно регенерировать.

Регенерацию минерализованных вод можно осуществлять методами дистилляции, экстракции, электродиализа и др. При минерализации свыше 10 г/л наиболее выгодно проводить дистилляцию, менее 10 г/л — применять мембранные методы.

Технологические схемы водоочистки и создания замкнутых циклов определяются профилем основного производства и должны учитывать его особенности. Например, сточные воды нефтехимических и химических предприятий органического синтеза содержат многочисленные органические соединения. Их подразделяют на три группы в зависимости от соотношения показателей ХПК/БПК:

о I группа (ХПК/БПК lt; 1,5) объединяет воды, обладающие малой токсичностью. В их состав входят соединения жирного ряда с температурой кипения ниже 150 °С — низкомолекулярные спирты, альдегиды, кетоны, низкомолекулярные кислоты. К этой категории относятся сточные воды производств дивинила, изопрена, изопренового каучука;

о II группа (ХПК/БПК lt; 1,6) содержит воды, обладающие выраженной токсичностью. Соединения этой группы — ароматические органические вещества с температурой кипения 200 °С — бензол, толуол, ксилол, фенол, пиридин и ПАВ. К этой категории относятся сточные воды производств дивинильного каучука, этилена методом крекинга, фенола и ацетона;

о III группа (ХПК/БПК lt; 2,2) включает воды с резко выраженной токсичностью. Это органические соединения с температурой кипения выше 200 °С. К этой категории относятся сточные воды производств изопрена из изобутилена и формальдегида.

Для очистки сточных вод первых двух групп рекомендуется использование схемы с полной биологической очисткой с промежуточным озонированием воды для деструкции органических соединений, не подвергшихся биологическому окислению. При обработке вод третьей группы дополнительно нужно осуществлять адсорбцию на активированном угле.

Рассмотрим несколько примеров практического применения принципов организации замкнутых водооборотных производственных циклов.

Последовательное использование воды на различных технологических стадиях.

Рис. 5.22. Принципиальная схема оборотного водоснабжения процесса обогащения фосфоритной руды:

I— емкость для оборотной воды; II— хвостохранилище; /— оборотная вода;

2— свежая вода

воды поступает на первую технологическую стадию промывки и обесшламливания минерала. Второй поток технологической воды вместе с водой от первой операции направляют на стадию пенной флотации и далее на фильтрацию.

Фильтрат после завершения фильтрации возвращается на стадию пенной флотации и частично поступает в замкнугую систему оборотной воды. Часть фильтрата используется для организации процесса сушки. Отрицательное влияние на процесс флотации оказывают содержащиеся в сточной воде ионы кальция. Поэтому часть воды постоянно выводится из системы таким образом, чтобы концентрация катионов кальция не превышала допустимые нормы. В этом случае реагентный режим флотации при применении оборотной воды остается таким же, как при использовании свежей воды. Это позволяет продувочные воды двух локальных оборотных систем технического водоснабжения (промывка руды и флотационное обогащение) использовать в замкнутом цикле через единое хвостохранилище.

Для повторного использования воды в производственном цикле ее необходимо очистить от взвешенных частиц. Для этого применяют различные типы фильтров, устройство которых было рассмотрено ранее.

При сокращении или полном исключении сброса продувочных вод из систем промышленного теплового водоснабжения в оборотной воде достигается высокая степень концентрирования загрязнений.

Такая вода должна быть очищена.

На рис. 5.23 приведена принципиальная схема умягчения воды с утилизацией регенерационного раствора соли. Регенерационный раствор после промывки и регенерации ионообменного фильтра / поступает в емкость 2, и затем его направляют в реактор 4 для осаждения катионов жесткости. В этот же реактор из емкости 3 подают раствор извести. После завершения процесса осветления осветленную воду отбирают из верхней части аппарата и подают в линию для использования в технологических процессах. Вода, содержащая взвешенные примеси, проходит дополнительное осветление на фильтр-прессе 6. Шлам выводят в бункер 7. Очищенную воду собирают в емкость 10, разделяют на два потока и направляют в отделения концентрирования и обессоливания электродиа- лизной установки 8.

В процессе электрохимической очистки ионы Na+ и СГ переносятся из камер обессоливания в камеры концентрирования до тех пор, пока не произойдет снижение общего солесодержания в отделении обессоливания и повышение концентрации рассола в камерах концентрирования до 6—8%. По окончании очистки рассол

Рис. 5.23. Принципиальная схема умягчения воды с регенерацией раствора соли:

1— Na-катионитовый фильтр; 2— емкость для сбора регенерационных растворов; 3— емкость для хранения раствора извести; 4— реактор для химической обработки регенерационных растворов; 5— насос; 6— фильтр-пресс ФПАКМ; 7— бункер для твердых отходов; 8— электродиализная установка; 9 — емкость для концентрированного раствора соли; 10— емкость для сбора фильтрата

направляется в емкость 9. Далее он может быть использован в качестве первой порции раствора для регенерации ионообменных фильтров. Обессоленная вода смешивается с исходной водой и поступает на умягчение на Na-катионитовый фильтр.

Технологическая схема очистки сточных вод в производстве лакокрасочных покрытий. При очистке такого вида промышленных стоков широко используются электрохимические методы очистки.

Сточные воды лакокрасочных производств загрязнены твердыми взвешенными частицами и эмульгированными смесями масел, красок и растворителей. Схема очистки сточной воды лакокрасочного производства в целях повторного использования в производственном цикле представлена на рис. 5.24.

На первой стадии очистки в электрокоагуляторе 3 происходит растворение алюминиевых анодов и образуется гидроксид алюминия. Вместе со взвешенными частицами красок он образует хлопья, которые оседают в отстойнике-осветлителе /.Образующийся шлам скапливается в шламонакопителе 8 и далее его вывозят на сжигание. Осветленная вода поступает в электрокоагулятор 5 с нерастворимыми анодами. В результате электрохимических реак-

Рис. 5.24. Схема подготовки оборотной воды лакокрасочного производства:

/ — производственная установка; 2— насос; 3— электро коагулятор с растворимыми анодами; 4— выпрямитель; 5— электрокоагулятор с нерастворимыми анодами; 6— резервуар очищенной воды; 7— отстойник-осветлитель; 8— шла- монакопитель; 9 — усреднитель

ций происходит разряд молекул воды с образованием газов. Выделяющиеся газы удаляют мелкодисперсные частицы и разрушают водно-органические эмульсии. Очищенную воду выводят в резервуар 6 и направляют повторно на производство.

Контрольные вопросы Опишите кругооборот воды в природе. Какие крупнейшие реки вам известны? Как распределяются запасы воды на земном шаре? Как характеризуется состав воды? Приведите показатели качества воды. Назовите основные макро- и микропримеси, присутствующие в воде. Как проводят анализ воды? Какие показатели определяют при анализе воды? Что включает в себя биологическая характеристика воды? Каковы условия существования аэробных и анаэробных бактерий? Какие виды бактерий вам известны? Как зависит распределение С02 в воде от pH среды? Что представляют собой сточные воды? Каковы основные методы подготовки и очистки воды? Перечислите их.

Какова физико-химическая природа процессов коагуляции и флотации? На чем основан метод осаждения примесей неорганических соединений? Назовите методы выделения взвешенных веществ из растворов. Каковы основные закономерности метода адсорбции? На чем основан принцип устройства адсорберов? Что представляет собой метод ионного обмена? Как протекают процессы Н-катионирования, Na-катионирования и анионирования? Приведите примеры методов очистки, в основе которых лежат окислительно-восстановительные реакции. Какие основные процессы используют в электрохимических методах очистки? Каковы физико-химические основы биохимического метода очистки. Какие аппараты применяются для этого вида очистки? Что представляют собой замкнутые водооборотные циклы? Каковы основные принципы их организации? Что называется коррозией? Назовите методы защиты от коррозии. На чем основано действие ингибиторов? Приведите экологическую характеристику известных вам ингибиторов.