Докторант ph.D Акылова К.А.

ТарГУ им. М.Х. Дулати

Пути использования очищенных сточных вод

в системах оборотного водоснабжения

Деятельность любого промышленного предприятия невозможна без воды. В зависимости от профиля предприятия, его производственных мощностей, технологических схем потребности в воде варьируют в значительных пределах.

Предприятия Южного региона Республики Казахстан (Шымкент, Тараз) используют в своей деятельности подземные воды, минерализация их колеблется в пределах 0,4-0,9 г/л, а по химическому составу они являются гидрокарбонатно-сульфатно-кальцивыми. Карбонатная жесткость варьирует от 6 до 9 мг×экв/л.

Установлено, что на промышленных предприятиях зоны доля повторно используемых вод не превышает пятой части общего объема водопотребления и находит оно применение в основном на охладительных установках.

Наибольшее количество воды расходуется в теплообменной аппаратуре на отведение избыточного тепла. Только на компенсацию потерь воды в оборотных системах водоснабжения отдельные предприятия расходуют десятки, и даже сотни тысяч кубических метров воды в сутки. В условиях работы оборотных систем многократный нагрев воды до 40-45°С и охлаждение ее в вентилируемых градирнях или брызгальных бассейнах приводят к потерям диоксида углерода и отложению на поверхностях теплообменников и труб карбоната кальция.

Содержание растворимых солей (щелочных металлов, магния) в оборотной воде растет пропорционально коэффициенту ее упаривания. При этом возрастает и коррозионная активность воды, причем коррозия материалов теплообменных систем в мягкой воде, содержащей растворенный кислород, существенно выше, чем в жесткой воде такой же минерализации, что связанно с меньшей буферной емкостью мягких вод. В отсутствие ингибиторов предельное содержание солей в оборотной воде не рекомендуется допускать выше 2 кг/м³, хотя в отдельных случаях минерализация оборотной воды достигает 3 кг/м³. Наконец, для предотвращения интенсивного биологического обрастания сооружений и аппаратов теплообменных оборотных систем водоснабжения в оборотной, а следовательно и в подпитывающей воде должно быть ограничено содержание органических веществ и соединений биогенных элементов (азота, фосфора), являющихся питательной средой для микроорганизмов, вносимых в систему со свежей водой.

Допустимая скорость биологических обрастаний теплообменных аппаратов не должна превышать 0,07 г/(м2×ч); рост толщины слоя не должен быть выше 0,05 мм в месяц. Сопоставление требований к качеству оборотной воды в теплообменных системах водоснабжения показывает, что, несмотря на значительные расхождения оценок допустимых пределов общей жесткости, солесодержания, концентрации взвешенных веществ, эти требования имеют много общего при рекомендации таких наиболее важных показателей, как карбонатная жесткость, величина рН, содержание биогенных элементов и значение ХПК, определяющих термостабильность и интенсивность биообрастаний в оборотной системе.

На основании этих данных можно определить требования к воде для компенсаций потерь в оборотных системах теплообменного водоснабжения (стабилизационный сброс оборотной воды с целью «продувки» системы, капельный унос воды с воздухом на градирнях, испарение, потери при фильтровании взвесей и по различным производственным причинам). Необходимое количество подпитывающей воды можно определить из материального баланса оборотной системы [1]:

Q_уп+Q_сб + Q_ф+Q_лр.п+Q_исп=Q_п , (1)

где: Q_уп - количество воды, уносимой в виде капель ветром на градирнях; Qсб - количество оборотной воды, сбрасываемой для «продувки»; Q_ф - количество воды, теряемой с осадком при фильтровании; Q_лр.п - количество производственных потерь воды; Q_исп - количество воды, испаряющейся на градирне; Qп - количество подпитывающей воды, компенсирующей все потери оборотной воды в системе.

Допустимое содержание солей или отдельных ионов других веществ в подпитывающей воде определяется условием сохранения постоянства состава оборотной воды, циркулирующей в системе [2]:

Q_п С_п = (Q_уп+Q_сб + Q_ф+Q_лр.п ) С_об , (2)

, (3)

Средние потери воды от испарения составляют около 2,5%, от капельного уноса на гра-дирнях 0,30,5%, величина продувочного сброса колеблется от 5 до 10% и в среднем может быть принята 8%. Сумма всех остальных потерь принимается около 1 % от объема оборотной воды.

Пользуясь приведенным выше соотношением, можно сформулировать требования к качеству подпитывающей воды оборотных систем (табл. 1). Разумеется, что при использовании для подпитки систем сточных вод вместо свежей пресной воды, эти воды должны полностью отвечать тем же требованиям.

Перевод оборотных систем водоснабжения на режим, не требующий стабилизированного сброса оборотной воды для продувки, позволяет сократить объем воды для подпитки систем, по крайней мере, в три раза и соответственно уменьшить

Однако в бессточных «замкнутых» оборотных системах водоснабжения к подпитывающей воде, как видно из таблицы 1 предъявляются более жесткие требования.

Замена природной воды для подпитки оборотных систем сточными водами требует выбора достаточно крупного (по масштабам сброса) источника сточных вод с относительно постоянной характеристикой загрязнений. Такими сточными водами

Таблица 1- Требования к качеству воды для подпитки теплообменных систем

оборотного водоснабжения в химической промышленности

Показатели качества	Для оборотной воды	Требуемые величины для подпитывающей воды
		при работе со сбросом 8% воды (с продувкой)	при работе без сброса оборотной водит (замкнутый цикл)
Жесткость карбонатная, г-экв/м^3 Жесткость постоянная, г-экв/м^3 Общее солесодержание, г/м^3 Хлориды (С1-), г/м^3 Сульфаты, г/м^3 Сумма фосфора и азота, г/м^3 Взвешенные вещества, г/м^3 Окисляемость перманганатная, г /м^3 ХПК, г О2/м^3 Масла и смолообразующие вещества, г/м^3	2,5 5 1200 300 350—500 3 30 8-15 70 0,3	2 4 900 237 277-395 2,4 23,6 11,3—12,8 55 0,25	0,9 1,9 445 112 119—187 1,1 11,2 3-5,7 26 0,10

являются в первую очередь биологически очищенные смеси городских и промышленных сточных вод. Основные показатели качества этих сточных вод приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Санитарно-химическая характеристика биологически очищенных

городских сточных вод

Показатели качества	Сточные воды
	в Таразе	в Шымкенте
ХПК, г О2/м^3 Общее солесодержание, г/м^3 Жесткость общая, г-экв/м^3 Содержание катионов и анионов, г/м^3: натрия и калия (Nа+, К+) хлоридов (С1-) сульфатов (SО) фосфатов (Р0) аммиака и солей аммония (в пересчете на аммиак)	35-40 400-600 5-6 - 90—100 120—140 0,8 0,73	35—40 1300-1500 7,5-8,5 250-280 400—420 220—240 6,7-13,5 2,8-8,8

Эти данные показывают, что по таким важным характеристикам подпитывающей воды, как жесткость, общее солесодержание, содержание хлоридов и сульфатов, концентрации соединений биогенных элементов и ХПК, биологически очищенные городские воды не отвечают требованиям к подпитывающей воде для замкнутых систем и нуждаются в дополнительном обессоливании. На многих предприятиях химической и нефтехимической промышленности в биологически очищенных сточных водах величина ХПК достигает 150-200 г 0₂/м³, а солесодержание превышает 2500 г/м³. Поэтому использование биологически очищенных промышленных и городских сточных вод в системах оборотного водоснабжения химических предприятий требует доочистки как от оставшихся органических загрязнений, так и от солей. Степень такой доочистки определяется не только минерализацией и величиной ХПК очищенных сточных вод, но и величиной продувки оборотных систем, конструкцией теплообменников и гидродинамическим режимом движения жидкости.

Организация замкнутого цикла промышленного водоснабжения предприятия путем возврата очищенных сточных вод в общем случае не может ограничиваться направлением этих стоков в оборотные теплообменные системы.

Потребность в воде таких систем во многих отраслях промышленности меньше объема всех промышленных и бытовых биологически очищенных сточных вод промышленного узла, поэтому основная масса воды расходуется для технологических или энергетических процессов. К качеству этой воды требования обычно выше, чем к воде оборотных систем водоснабжения, а в ряде химических, целлюлозно-бумажных производств и в теплоэнергетике расходуется в значительном количестве вода с содержанием" солей менее 10—15 г/м³, жесткостью, не превышающей 0,01 г-экв/м3 и окисляемостью до 2 г 0₂/м³.

Наиболее разработаны и научно обоснованы требования к воде, идущей для питания котлов. Для многих технологических нужд отсутствуют точные научно обоснованные требования к воде. Это затрудняет и рассмотрение процессов подготовки сточных вод до параметров, отвечающих этим требованиям.

Литература:

1. Когановский А.М., Клименко Н.А., Левченко Т.М. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении. М., Химия, 1983г.

2. Д. А. Молоканов, А. В. Молчан. Очистка сточных вод: комплексное решение. Ж. Экология производства. № 9, 2005 с.38-41.