Сточные воды
В промышленности воду используют как сырье и источник энергии, как хладоагент, растворитель, экстрагент, для транспортирования сырья и материалов.
В промышленности 65...80% расхода воды потребляется для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. В этих случаях вода не соприкасается с материальными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается. Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывающую и реакционную. Средообразующую воду используют для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов производства; промывающую - для промывки газообразных (абсорбция), жидких (экстракция) и твердых продуктов и изделий; реакционную - в составе реагентов, а также при отгонке и других процессах. Технологическая вода непосредственно контактирует со средой. Энергетическая вода потребляется для получения пара и нагревания оборудования, помещений, продуктов.
Соответственно назначению воду в системах производственного водообеспечения можно разделить на четыре категории:
вода I категории используется для охлаждения жидких и конденсации газообразных продуктов в теплообменных аппаратах без соприкосновения с продуктом; вода нагревается и практически не загрязняется; могут наблюдаться лишь аварийные утечки жидких и газообразных продуктов в воду при неисправных теплообменных аппаратах, загрязняющие ее;
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 II категории, но с нагревом (улавливание и очистка газов в скрубберах, гашение кокса и т.п.);
вода IV категории служит в качестве экстрагента и растворителя реагентов (например, при флотационном обогащении природных ископаемых) и др.
Сточная вода - это вода, бывшая в бытовом, производственном или сельскохозяйственном употреблении, а также прошедшая через загрязненную территорию. В зависимости от условий образования сточные воды делятся на хозяйственно-бытовые (БСВ), атмосферные (АСВ) и промышленные (ПСВ).
Хозяйственно-бытовые воды - это стоки от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий, душевых, прачечных, столовых, туалетов, от мытья полов и др. Они содержат примеси, из которых примерно 58% органических веществ и 42% - минеральных.
Атмосферные воды образуются в результате выпадения атмосферных осадков и стекающие с территорий предприятий (дождевые и от таяния снега). Они загрязняются органическими и минеральными веществами.
Промышленные сточные воды - это использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых (угля, нефти, руд и т.п.);
При прямоточном водообеспечении предприятий (рис. 3.1, а) вся забираемая из водоема вода (Qист после участия в технологическом процессе (в виде отработанной) возвращается в водоем, за исключением того количества воды, которое безвозвратно расходуется в производстве Qпот. Количество отводимых в водоем сточных вод составляет.
Осбр = Qист - Qпот· (3.1)
Сточные воды в зависимости от вида загрязнений и других условий перед сбросом в водоем должны проходить через очистные сооружения. В этом случае количество сбрасываемых в водоем сточных вод уменьшается, поскольку часть воды отводится со шламом.
При схеме водообеспечения с последовательным использованием воды (рис. 3.1,6), которое может быть двух- и трехкратным, количество сбрасываемых сточных вод уменьшается в соответствии с потерями на всех производствах и на очистных сооружениях, т.е.
(3.2)
Рис. 3.1. Схемы водообеспечения промышленных предприятий:
1 - вода свежая чистая, ненагретая; 2 - сточная вода, нагретая; 3 - то же, нагретая и загрязненная; 4- то же, очищенная; ПП, ПП-1, ПП-2 - промышленные предприятия; ОС - очистные сооружения; Qист - вода, подаваемая из источника на производственные нужды; Qпот, Qпот1 и Qпот2 - вода, безвозвратно потребляемая на промышленных предприятиях; Qшл - вода, удаляемая со шламом; Qсбр - вода, сбрасываемая в водоем
Повторное использование сточных вод после соответствующей их очистки получило в настоящее время широкое распространение. В ряде отраслей промышленности (черной металлургии, нефтеперерабатывающей) 90...95% сточных вод используется в системах оборотного водоснабжения и лишь 5...10% сбрасывается в водоем.
Для уменьшения потребления свежей воды создают оборотные и замкнутые системы водоснабжения. При оборотном водоснабжении предусматривают необходимую очистку, охлаждение, обработку и повторное использование сточной воды. Применение оборотного водоснабжения позволяете 10... 15 раз уменьшить потребление природной воды.
Качество воды, используемой для технологических процессов, должно быть выше, чем воды, находящейся в оборотных системах.
Если в системе оборотного водоснабжения промышленного предприятия вода является теплоносителем и в процессе использования лишь нагревается, то перед повторным применением ее предварительно охлаждают в пруду, брызгальном бассейне, градирне (рис. 3.2, а); если вода служит средой, поглощающей и транспортирующей механические и растворенные примеси, и в процессе использования загрязняется ими, то перед повторным применением сточная вода проходит обработку на очистных сооружениях (рис. 3.2, б); при комплексном использовании сточные воды перед повторным применением подвергаются очистке и охлаждению (рис. 3.2, в).
Рис. 3.2. 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, ненагретая; 2- сточная вода, нагретая; 3 - тоже, ненагретая и загрязненная; 4- то же, очищенная; 5 - сточная вода, загрязненная; б - оборотная вода; ОУ - охладительные установки; Q - вода, подаваемая на производственные нужды; Qоб - оборотная вода; Qун - вода, теряемая на испарение и унос из охладительных установок (остальные обозначения тс же, что и на рис. 3.1)
При таких системах оборотного водоснабжения для компенсации безвозвратных потерь воды в производстве, на охладительных установках (испарение с поверхности, унос ветром, разбрызгивание), на очистных сооружениях, а также потерь воды, сбрасываемой в канализацию, осуществляется подпитка из водоемов и других источников водоснабжения. Количество подпиточной воды определяется по формуле
Qист = Qпот + Qун + Qшл + Qсбр. (3.3)
Подпитка систем оборотного водоснабжения может осуществляться постоянно и периодически. Общее количество добавляемой воды составляет 5...10% общего количества воды, циркулирующей в системе.
Нормы водоотведения в различных отраслях промышленности колеблются в широких пределах. Так, например, при добыче 1 т нефти образуется 0,4 м3 сточных вод, при добыче 1 т угля в шахтах - 0,3 м3; при выплавке 1 т стали или чугуна - 0,1 м; при производстве 1 т вискозного штапельного волокна - 233 м3; 1 т удобрений - 3,9 м3; 1 т синтетических ПАВ - 1 м; 1 т сульфитной целлюлозы - 218 м3; 1 т бумаги - 37 м3; 1 т цемента - 0,1 м3; 1 т льняных или шелковых тканей - соответственно 317 или 37 м3; 1 т мяса - 24 м3; 1 т хлеба - 3 м3; 1 т масла - 2,6 м3; 1 т сахара-рафинада - 1,2 м3; при изготовлении одного легкового автомобиля - 15,5 м3; одного автобуса - 80 м3; одного магистрального тепловоза - 710 м3. При выработке 1 МВт-ч электроэнергии на тепловых и атомных электростанциях с системами оборотного водоснабжения образуется в среднем 5 м3 сточных вод.
При отсутствии норм водоотведения количество сточных вод определяется по технологическим расчетам в соответствии с регламентом производства. Количество сточных вод от крупных промышленных предприятий достигает 200...400 тыс. м3/сут, что соответствует количеству сточных вод от городов с населением 1...2 млн человек.
Производственные сточные воды делятся на две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые).
Незагрязненные производственные сточные воды поступают от холодильных, компрессорных, теплообменных аппаратов. Кроме того, они образуются при охлаждении основного производственного оборудования и продуктов производства.
Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на три группы:
загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности; заводы по производству минеральных удобрений, кислот, строительных изделий и материалов и др.);
загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, химической, микробиологической промышленности; заводы по производству пластмасс, каучука и др.);
загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности; заводы по производству консервов, сахара, продуктов органического синтеза, бумаги, витаминов и др.).
Для объективной оценки качества воды проводится классификация показателей по характеру воздействия загрязняющих веществ. На основе предлагаемой классификации выделяются пять групп, включающих следующие показатели:
группа качества (запах, цветность, температура, количество взвешенных частиц);
наличие органических веществ (биохимическое потребление кислорода (ВПК), водородный показатель (pH), растворенный в воде кислород, химическое потребление кислорода или бихроматная окисляемость (ХПК), фосфаты, нитраты);
присутствие санитарно-токсических веществ (хлориды, сульфаты, Са, Mg, Na, К);
наличие микробиологических веществ (коли-индекс и др.);
присутствие токсичных веществ.
Последняя группа разбивается на четыре подгруппы: слаботоксичные вещества, ПДК которых находится в интервале 0,1... 0,9 мг/л (аммоний, синтетические ПАВ (СПАВ), V, Mo, Cr, Fe, Ti);
среднетоксичные вещества, ПДК которых составляют 0,01...0,09 мг/л (нитриты, Zn, Ni, Со);
сильнотоксичные вещества, ПДК которых попадают в интервал 0,001...0,009 мг/л (Сu, Hg, Cd, фенолы);
особо ядовитые вещества с ПДК 0,0001 ...0,0009 мг/л (пестициды, сульфиды).
По концентрации загрязняющих веществ производственные сточные воды разделяются на четыре группы: 1...500, 500...5000,
5000...30 000, более 30 000 мг/л.
Производственные сточные воды могут различаться по физическим свойствам загрязняющих их органических продуктов (например, потемпературе кипения: менее 120, 120...250 и более 250°С).
По степени агрессивности эти воды разделяют на слабоагрессивные (слабокислые с pH 6...6,5 и слабощелочные с pH 8...9), сильноагрессивные (сильнокислые с pH < 6 и сильнощелочные с pH > 9) и неагрессивные (с pH 6,5...8).