Комплексное водопользование в промышленности

Фосфаты могут образовывать нерастворимые соли.

Гидроксиды метана встречаются  в отложениях редко, однако их можно  найти в системах охлаждения с  высокими значениями рН. Гидроксид  железа образуется в результате коррозии и превращается в гидрированную окись железа, или ржавчину.

Многие факторы как  физического, так и химического  свойства влияют на интенсивность отложения  солей. Это прежде всего величина рН, температура воды и особенно температура поверхности труб, находящихся в контакте с водой; интенсивность теплообмена между водой и поверхностью контакта; состав воды; способ ее обработки; конструкции теплообменного оборудования; продолжительность пребывания воды в системе.

Величина рН влияет на растворимость всех солей. От величины рН зависит тенденция кальция образовывать карбонаты: чем выше рН охлаждающей воды, тем заметнее тенденция к образованию отложений из минеральных солей.

У многих солей, выпавших из растворов, особенно у карбоната  кальция, растворимость снижается с увеличением температуры. При этом температура поверхности металла труб играет главную роль в скорости отложения. Высокие скорости воды в трубах способствуют предотвращению отложений солей на поверхности контакта.

Коррозия металлов в охлажденной воле появляется в результате наличия растворенного кислорода и углекислоты. Последняя снижает рН воды, вследствие чего происходит воздействие кислоты на металл. Основными физическими факторами, способствующими коррозии, являются температура, контакты различных по потенциалу металлов в водной среде и твердые отложения взвешенных веществ. Твердые отложения в трубопроводах и теплообменных аппаратах образуют области, изолированные от общего потока воды, и коррозия под ними может протекать за счет разного уровня аэрирования воды в основной массе потока и в слое воды под отложениями. В системах оборотного водоснабжения охлаждающая вода обогащается кислородом до полного насыщения. Другими факторами, усиливающими коррозию являются электропроводность воды и наличие таких рас творенных в воде газов, как сернистый ангидрит, аммиак, хлор и др., которые могут попадать в охлаждающую воду из окружающего атмосферного воздуха в градирнях. Среди других причин усиливающих коррозию, важно отметить отложения продуктов коррозии на стенках труб, биологические обрастания, а также в некоторых случаях накипи.

В нейтральной или  щелочной воде коррозия может начаться в результате разрушения защитной окисной  пленки на поверхности металла и  разницы потенциалов между чистым металлом и пленкой. В результате происходит электрохимическое разрушение металла. Присутствие кислорода ускоряет этот процесс, и коррозийное воздействие усиливается за счет аэрации воды на градирнях. Биологические обрастания в системах оборотного водоснабжения также мoгут быть причиной усиления коррозии.

Для предотвращения коррозии применяют неорганические ингибиторы: хроматы, фосфаты, редко силикаты и  нитраты. Хорошее защитное действие от коррозии оказывают хроматы в  присутствии солей металлов, например сернокислого цинка и фосфатов.

Биологические обрастания в системах оборотного водоснабжения  свидетельствуют об интенсивном  росте и развитии различных форм бактерий, грибов и водорослей. Эта  интенсификация происходит в результате того, что в оборотных системах по сравнению с водой в источнике существуют более оптимальные температурные условия дня указанных организмов и более высокие концентрации питательных веществ для них. Кроме того, в оборотную воду в значительных количествах могут попадать бактерии из воздуха. Бактериальные и грибковые биологические обрастания, как правило, наблюдаются в теплообменных аппаратах; обрастания водорослями — в градирнях.

Для предупреждения развития бактериальных биологических обрастаний в теплообменных аппаратах, а  также в трубопроводах рекомендуется периодически 3-4 раза в сутки при¬менять хлорирование воды, продолжительностью каждого пе¬риода 40...60 мин. Доза хлора должна обеспечивать содержание остаточного активного хлора в оборотной воде после прохождения в наиболее удаленных теплообменных аппаратов от места ввода хлора не менее I мг/л в течение 30...40 мин. Величина дозы хлора, на которую рассчитываются хлораторы, Должно быть не менее 5 мг/л.

Для удаления биологических  обрастаний, а также механических обложений в закрытых теплообменных аппаратах при необходимости можно предусмотреть устройство для периодической  гидропневматической промывки аппаратов.  Требования к качеству воды каждой категории могут быть разными и определяются в зависимости от характера производства.

3. ПОДГОТОВКА СТОЧНЫХ ВОД К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В ПРОМЫШЛЕННОМ ВОДОСНАБЖЕНИИ.

 На формирование  свойств городских сточных вод  основное влияние оказывают состав  питьевой воды, потребляемой населением, норма водопотребления, а также  размер и степень загрязнения  производственных сточных вод, сбрасываемых в городскую водоотводяшую сеть. Влияние производственных сточных вод на состав городских стоков значительно сокращается о мере введения в действие локальных очистных сооружений.

При повторном использовании  городских сточных вод в системах промводоснабжения следует учитывать санитарно-гигиенические нормы.

Один из наиболее распространенных способов доочистки биохимически очищенных  сточных вод от взвешенных веществ  — метод фильтрования, что позволяет  получить фильтрат с содержанием взвешенных веществ не более 3 мг/л и БПКПОЛ 3…6 мг/л.

Перспективным способом доочистки сточных вод от органических соединений является озонирование, позволяющее  одновременно со снижением концентрации органических веществ обеззараживать воду от содержащихся в ней бактерий и вирусов, уничтожать запахи и окраску. При малых дозах окисляются вещества с высокой молекулярной массой и выраженной токсичностью. Общее разрушение органического вещества в этом случае не превышает 35%. При больших дозах озона интенсивно образуются продукты деструкции, при которых величина ХПК и содержание органического углерода в сточной воде практически не меняются. Процесс разрушения органического вещества начинается при 1,5... 1,6 мг О3 на 1 мг содержания органического углерода.

Для достижения требуемых  санитарно-гигиенических требований к воде, используемой в закрытых системах, применяют фильтрование и  обеззараживание хлором. При повышенном содержании трудноокисляемых веществ  в воде эту схему дополняют  контактной коагуляцией. Когда в открытых системах промышленного водоснабжения используется часть очищенных вод на станции аэрации, включающей доочистку фильтрованием и хлорирование, на предприятии предусматривают доочистку озонированием. Кроме перечисленных схем, для промышленного водоснабжения применяют сооружения физико-химической очистки (флотаторы, сорберы, ионообменные и ультрафильтрационные аппараты и т.п.), которые также позволяют защитить системы от карбонатных отложений, коррозии и биообрастаний.

4. ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ  КОМПЛЕКС ПРОМЫШЛЕННОГО УЗЛА.

 Вопросам комплексного  и рационального использования  водных pecypcoв в водохозяйственном  комплексе современного нефтеперерабатывающего  завода решаются при условии  большого водопотребления в зависимости  от глубины нефтепереработки. Расход технической воды для производственных целей зависит от схемы водоснабжения завода и степени использования в ней оборотной воды, очищенных производственных сточных вод и осадков, выпадающих на территории завода.

Являясь наиболее водоемкой  отраслью народного хозяйства промышленность занимает первое место и по объему сбрасываемых загрязнений в водоемы. Наибольшее количество загрязнений в природные водоисточники вносят предприятия лесобумажной, деревообрабатывающей, химической, нефтехимической и легкой промышленности.

Основными направлениями  совершенствования водохозяйственных  комплексов промышленных предприятий  наряду с внедрением оборотных систем являются повторное использование  очищенных сточных вод и создание замкнутых систем водного хозяйства.

5. ВОДОПОЛЬЗОВАНИЕ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ.

Крупным потребителем воды в РФ является энергетика. Свыше 80 % электроэнергии в России вырабатывают тепловые и атомные электростанции. Теплоэнергетика потребляет 170 млн  м³ в сутки воды на выработка пара и для охлаждения агрегатов и их отдельных узлов. Почти 50 % воды, забираемой промышленностью из природных водоисточников, потребляет теплоэнергетика.

Основным потребителем воды на тепловой электростанции является конденсатор паровой турбины. Помимо этого имеются мелкие теплообменные аппараты, к которым подводится охлаждающая вода: воздухоохладители или газоохладители генераторов, воздухоохладители питательных электронасосов и возбудителей генераторов, маслоохладители систем смазки механизмов.

Обмотки электрогенераторов охлаждаются воздухом или газом (водородом), который циркулирует в замкнутом цикле системы вентиляции и охлаждается водой в воздухо- или газоохладителях. Вода, подаваемая в воздухо- или газоохладители, должна иметь температуру не выше 30...33 ºС. Поэтому в системах оборотного водоснабжения тепловых электростанций предусматривается подача на воздухо- или газоохладители свежей воды, которая в летнее время имеет более низкую температуру чем циркуляционная вода. Расход воды, подаваемой на воздухо- или газоохладители генераторов, составляет 1...2% общего расхода охлаждающей волы на электростанции.

На атомных электростанциях  устанавливаются защитные устройства, предназначенные для расхолаживания атомных реакторов при прекращении  нормального отвода теплоты от реактора в турбине и затем к конденсатору. Подвод охлаждающей воды к этим устройствам, которые называют ответственными потребителями, должен быть обеспечен при любых возможных ситуациях.

В соответствии с принятой в мировой практике концентрацией  радиационной безопасности атомных электростанций предусматривается тройное дублирование защитных устройств и три автономные системы подачи охлаждающей воды к ним. Каждая система должна состоять из минимально необходимого чиста элементов: насосов, арматуры, сероудерживаюших решеток, устанавливаемых в изолированном помещении.

Системы водоснабжения  ответственных потребителей могут  проектироваться оборотными. В этом случае в качестве охладителей применяют  брызгательные бассейны, водохранилища-охладители,  градирни и др.

Электростанции, работающие на твердом топливе, оборудуют установками для улавливания золы из дымовых газов. В некоторых случаях в качестве золоулавливателей применяют мокрые скрубберы.

Удаление шлака из-под  котлов и золы из золоулавливателей  на большинстве электростанций производится гидравлическим способом. Расход волы для этой цели зависит от вида топлива, способа его сжигания, механических свойств золы и шлака. Для нужд гидроудаления используют воду, прошедшую через конденсаторы, а также воду, сбрасываемую посте охлаждения подшипников и т. д. На смыв 1 т шлака требуется 20...40 м³ воды, на смыв 1 т золы — 12 м³ воды. Шлак и зола смешиваются с водой,  транспортируются самотеком или с помощью побудительных сопел к буерным насосам, которые перекачивают пульпу по стальным трубам на золоотвалы. При раздельном удалении золы и шлаков золовая пульпа перекачивается шламовыми насосами. Если золоотвалы расположены значительно ниже котельной, возможно транспортирование пульпы к ним самотеком.

Золо- и шлакоотвалы  проектируют как пруды-отстойники непрерывного действия. Их организуют большей частью на используемых участках земли вблизи электростанций, например в оврагах. Пруд образуется путем перегораживания оврага земляной дамбой или обвалования равнинного участка. В этот пруд сбрасывают эоловую пульпу. Зола и шлак осаждаются в пруде, а осветленная вода возвращается в котельную электростанции с целью повторного использования для гидротранспорта золошлаков.

Воду для питания  паровых котлов предварительно очищают  от грубодисперсных и коллоидных примесей, накипеобразующих солей. Восполнение потерь питательной воды котлов на электростанциях производят химически обессоленной водой или дистиллятом.

Количество воды, требующееся  для подпитки котлов на конденсатных электростанциях, составляет 1…2 % расхода пара.

На ТЭС ввиду отборов  пара на нужды промышленных предприятий  требуется значительно большее  количество воды для подпитки котлов. Кроме того, на ТЭС производится умягчение воды, подаваемой на горячее  водоснабжение городов. Суммарный  расход воды на тепловой станции зависит от ее мощности, типа установленною оборудования, кратности охлаждения пара и температуры охлаждающей волы. Для современной мошной ТЭС, оборудованной, например, восемью энергоблоками по 300 тыс. кВт каждый, общий расход воды составляет приблизительно 300 тыс. м³/ч в летнее время, а для атомной электростанции, оборудованной четырьмя энергоблоками по 1000 МВт каждый — около 700 м³ /ч.

Удельный расход охлаждающей  воды на 1 кВт установленной мощности тем меньше, чем выше начальные параметры пара, подаваемого из котла в турбину, и чем больше единичная мощность турбин.

Несмотря на снижение удельных расходов волы при повышении  единичной мощности турбин, суммарные  расходы воды мощных электростанций достигают 200 м3/с и более. Для обеспечения электростанций требуемым расходом воды необходимы достаточно крупные сооружения, поэтому для строительства электростанций выбирают место вблизи водных источников, а значит, приходится соглашаться с удалением электростанций от потребителей электроэнергии и источников топлива.