Комплексное водопользование в промышленности

Федеральное агентство по образованию  Российской Федерации

Дальневосточный Федеральный Университет

Инженерная школа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Комплексное водопользование  в промышленности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                 Выполнила: Леоненко Мария

                                                                                                                             Проверила: Степанько Н.Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Владивосток, 2013

 

Содержание

Введение………………………….……………………………..…………………3

Комплексное использование водных ресурсов..……………...…………………3

Водохозяйственный комплекс…………………………………….………………5

1. Водопользование в промышленности и теплоэнергетике…………….………4

2. Водосберегающие мероприятия……………………..….………………………9

3. Подготовка городских сточных вод к использованию в промышленном водоснабжении…………………………………………………………………….14

4. Водохозяйственный комплекс промышленного узла……..…………………14

5. Водопользование в теплоэнергетике……………………………...…………..15

Заключение…………………………..………………………………..…………..19

Список используемой литературы………………………..……………………...20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

В современных условиях развития общества все большее значение приобретает комплексное использование водных ресурсов. В условиях перестройки экономики, изменений, происходящих в промышленности и сельском хозяйстве, а также с улучшением культурно-бытовых условий жизни людей увеличиваются водопотребление и другие формы использовании водных ресурсов. Вопросы водообеспечения. охраны вод в настоящее время приобретают характер серьезной глобальной проблемы России. Создание оборотных систем водообеспечения промышленных предприятий и безотходных технологий требует дополнительного финансирования, что при создании иных форм финансовых моделей в России не обеспечивает требуемого снижения водопотребления. При решении задач водопользовании необходимо рассматривать водохозяйственный комплекс.

Водохозяйственный комплекс представляет собой совокупность различных отраслей народного хозяйства, совместно использующих водные ресурсы одного водного бассейна.

Комплексное использование  и охрана водных ресурсов предусматривают: всестороннюю оценку природных вод  в отдельных речных бассейнах и экономических районах с учетом антропогенной деятельности в современных условиях и на перспективу: выявление потребностей в воде всех отраслей народного хозяйства, обоснование норм водопотребления с учетом повторного или последовательного использования воды, определение объема безвозвратных потерь; согласование запросов отдельных водопользователей с выделением наиболее эффективных и экономично расходуемых воду; разработку водохозяйственных балансов и выделение на основе их районов, испытывающих наибольший дефицит в воде; установление мер по охране природных вол от истощении и загрязнения, а также разработку мер, предложений по очистке, обезвреживанию и использованию промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных стоков; определение ассигнований при выполнении намеченных мероприятий водохозяйственного и мелиоративного строительства и подсчет экономического эффекта от реализации запроектированных мер; оценка изменений природных условий в зонах проведения крупных водохозяйственных мероприятий; обоснование объема проектно-изыскательских и научно-исследовательских работ с определением состава их исполнителей.

Схема комплексного использования  водных ресурсов позволяет учитывать  изменения в развитии экономики  страны.

 

ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС

Увеличение водопотребления  затрагивает интересы многих отраслей промышленности, изменяй вековые  сложившиеся связи в природе, вторгаясь в сложившиеся природные  круговороты: гидрологический, кислорода  и углерода, естественный цикл азота. Поэтому водохозяйственный комплекс рассматривают как сложную водохозяйственную систему, функционирующую на основе научно обоснованных долгосрочных прогнозов в отношении требований, предъявляемых различными отраслями народного хозяйства к количеству и качеству воды.

В структуру водохозяйственного комплекса входят: водоснабжение, водоотведение, гидротехнические мелиорации, гидроэнергетика, водный транспорт, лесосплав, рыбное хозяйство, здравоохранение, водные рекреации и др. В гидротехнические мелиорации входят оросительные и осушительные работы, осуществление мероприятий по борьбе с вредным воздействием вод, защита от наводнений, борьба с водной эрозией, селевыми потоками, оползнями и разрушением берегов, а также с заболачиванием и засолением почв.

Требования, предъявляемые  к водохозяйственному комплексу:

рациональное обеспечение  потребителей водой в достаточном  количестве и соответствующего качества;

сохранение природных  условий и гарантии охраны воды от загрязнения, засорении и истощения; обеспечение наибольшего народнохозяйственного экономического эффекта;

гарантии простой и  надежной работы.

Государственная и хозяйственная  деятельность водохозяйственных комплексов в РФ осуществляется в соответствии с Водным кодексом РФ.

Рациональное использование  и охрана вод зависит от эффективности государственного управления, которое построено по бассейновому принципу, затрагивающему интересы краев, областей, районов, городов.

Государственный контроль играет важную роль для рационального, комплексного использования водных ресурсов, охраны вол от засорения и истощения, предупреждения и ликвидации вредного воздействия вод.

Государственный учет поверхностных  и подземных вод, представляющий собой систематическое определение  и фиксацию в установленном порядке  количества и качества водных ресурсов, имеющихся на данной территории, базируется на утвержденных положениях об учете водных ресурсов и входит одной из основных частей в Государственный водный кадастр РФ.

Прогнозирование использования  вод представляет собой систему, включающую основные положения Государственного водного кадастра РФ и водобалансовые схемы комплексного использования и охраны вод.

Водохозяйственные балансы  позволяют комплексно использовать водные ресурсы и прогнозировать масштабы развития и размещения производительных сил и т. п.

При обосновании параметров водохозяйственного комплекса (ВХК) учитывают  три связанные между собой  части: природную, экономическую и  техническую. Природная часть обусловливает  возможности функционирования и  развития ВХК, определяет положительные  и отрицательные стороны его влияния на природу. Экономическая учитывает интересы отраслей народного хозяйства и отдельных водопользователей. Цель се состоит в достижении наибольшего экономического эффекта при функционировании ВХК и минимизации ущерба при вредном воздействии развития народного хозяйства на водные ресурсы. Техническая определяет систему взаимосвязанных технических решений по возведению и эксплуатации сооружений и оборудования, обеспечивающих эффективную работу элементов системы ВХК в конкретных местных условиях.

Примерами комплексного использования многих рек РФ служат ВХК Волги, Дона, Иртыша и других рек в крупных бассейнах. По всем бассейнам крупных рек составлены схемы комплексного использования  водных и земельных ресурсов.

Водоохранным комплексом называют систему сооружений и устройств для поддержания требуемого количества и качества воды в рассматриваемых створах или пунктах водных объекты.

 

 

1. ВОДОПОЛЬЗОВАНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ

Водообеспеченность России возобновляемыми ресурсами вол в целом достаточно высока —31 тыс. м на одного человека в год при среднемировом показателе число водообспеченности около 7 и санитарном минимуме — 1.7 тыс. м' на человека в год соответственно. Она уступает аналогичным показателям лишь некоторых стран мира, в частности Канады — 95 и Бразилии — 48, но значительно превосходит водообеспеченность стран СНГ, в частности Казахстана – 6,8. Беларуси – 5,7, Украины — 2,8, Узбекистана - 2,0, а также многих развитых и развиваюшихся стран мира, в том числе

Германии—1,13, Египта - 0,86, Израиля - 0,28, Кувейта —0.01 тыс. м3 на одного человека в год соответственно.

Для удовлетворения питьевых и хозяйственных  потребностей населения и отраслей экономики России из поверхностных  и подземных водных объектов ежегодно отбирается до 2—3 % возобновляемых ресурсов вод (около 85 км'/год). Объем используемой воды составляет свыше 67 км3/год, в том числе пресной — около 60 км3/год.  треть которой — питьевого качества, остальная относится к категории технической.

В поверхностные водные объекты РФ отводился около 60 км'/год использованных вод. В табл. 1 приведены данные по структуре отведения сточных вод в поверхностные источники водных объектов.

Например, потребление воды природных  источников в 1997 г. промышленностью  составило 70,2 км и 38,4км3 — энергетикой. В то же время в водные источники было сброшено 59,3 км3 сточных вод, в том числе загрязненных 23 км3, из них предприятиями жилищно-коммунального хозяйства 52 % и промышленностью 32 %.

В современных условиях необходимо уделять серьезное внимание вопросам рационального и комплексною водопользования промышленностью, в особенности очистке и повторному, оборотному использованию сточных вол в производстве. Эти вопросы следует рассматривать неотрывно от основных технологических процессов промышленного производства с учетом требований ВХК. Сложность систем водообеспечения промышленных предприятий определяется не только многофакторностью, взаимозависимостью их, но и особенностями многократного использования воды в технологических процессах, разнообразием схем водоотведения и регенерации сточных вод, извлечения ценных компонентов из очищаемых вод, значительными затратами на строительство систем водоснабжения и водоотведения.

Объем воды, используемый в системах оборотного и повторно-последовательного водоснабжения, в 2003 г. несколько вырос и составил 134 км.

Водопользование в промышленности. Вода в промышленности используется как сырье при получении различных  продуктов, таких, как кислоты, спирты и т. д.; в качестве разбавителя  и растворителя используется при выщелачивании и кристаллизации. Вода является теплоносителем или охладителем в различных технологических процессах; служит рабочей средой в гидравлических устройствах; является моющим средством при промывке сырья, тары, готовых изделий. На каждом предприятии вода используется также в непромышленных целях: для удовлетворения потребностей персонала, противопожарной безопасности, обеспечения нормальных санитарно-гигиенических условий и т. д. Расход воды для промышленного предприятия определяют в зависимости от удельного расходования воды (на единицу промышленной продукции) и мощности предприятия. Удельное водопотребление в значительной мере зависит от технологической схемы производства, системы промышленного водоснабжения, климатических условий и ряда других факторов.

Удельное водопотребление (м3/т  продукции) различных отраслях промышленности

Чугун……….160—200

Сталь ………..150

Никель………4000

Медь…………500

Синтетический каучук……..2000-3500

Синтетическое волокно…….2500—5000

Нефтъ-сырец (переработка)……..30—40

Азотные удобрения……600

Бумага……..400—800

Для составления схем комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейнов рек, отдельных  районов используют укрупненные  нормы водопотребления и водоотведения  на единицу продукции.

Системы  производственного водоснабжения. Для  крупных промышленных объектов требуемое большое количество воды и  водных ресурсов часто оказывается недостаточным. Место расположения предприятий диктуется источниками сырья или месторождением полезных ископаемых, используемых непосредственно в производстве. При выборе места строительства нового предприятия всегда необходимо произвести технико-экономический расчет в сравнении с другими вариантами выбора наиболее дешевого транспортирования сырья либо водных ресурсов.

При выборе площадки под строительство промышленного объекта следует учитывать его возможное влияние на природные водоемы. Без такого предварительного анализа может возникнуть сложная ситуация, подобная ситуации с построенным целлюлозно-бумажным комбинатом (ЦБК) на берегу озера Байкал. Сточные воды комбината после очистки сбрасывались в озеро и ухудшали качество воды, изменяя флору и фауну уникального водного объекта. Поэтому специалисты должны были решать альтернативные, значительно удорожающие варианты: либо транспортировка сточных вод на дальние расстояния, либо перепрофилирование производства этого завода.

Дефицит водных ресурсов и необходимость резкого уменьшения стоков обусловливают необходимость  широкого применения в производстве оборотного водоснабжения и повторного использования воды. Рационализацию использования природной воды в производстве может в ряде случаев обеспечить создание полностью замкнутых циклов водооборота.

Важное значение имеет  обеспечение достаточной надежности систем производственного водоснабжения. Ряд производств не допускает не только перерыва в подаче воды, но и всякого ее снижения. Нарушение установленного режима подачи воды может привести к серьезным аварийным ситуациям, которые влияют на производство и качество выпускаемой продукции.

В промышленном водоснабжении используются прямоточные, оборотные, последовательные и смешанные схемы использования воды. В большинстве производств создают системы оборотного водоснабжения.

Поскольку часть воды (не более 2…5 %) безвозвратно теряется, ее количество периодически пополняют «свежей» водой. Применение оборотного водоснабжения в промышленности дает существенную экономию природной волы. Такие системы успешно функционируют в маловодных областях Урала. Объем водооборота на промышленном предприятии определяется в результате анализа технико-экономических и экологических показателей.

Экономия «свежей» воды достигается также при использовании  эффективных схем промышленного  водоснабжения с повторным использованием воды. Повторное использование воды представляет собой забор возвратных вод (в том числе без дополнительной очистки или обработки) для технологических целей, орошения, обводнения, водоснабжения и других нужд.

Системы водоснабжения  рекомендуемся создавать с оборотом воды или в виде замкнутых циклов для отдельных цехов. На промышленном предприятии следует предусматривать строительство локальных очистных сооружений для очистки стоков, охлаждения оборотной ваты, обработки и повторного использования сточных вод. Последовательное и прямоточное использование воды на производственные нужды со сбросом очищенных сточных вод в водоем допускается только при невозможности или нецелесообразности применения ее в системе оборотного водоснабжения.

Эффективность использования  водных ресурсов как при создании территориально-производственного комплекса, так и при развитии народного хозяйства характеризуют следующие критерии: удельная норма потребления воды для создания единицы продукции; потребление свежей воды; количество воды, находящейся в обороте; количество сточных вод, поступающих в водные объекты; условное количество загрязнений в сбрасываемых источниках, возврат сточных вод в производство; воздействие водохозяйственного комплекса на окружающую природную среду; рекреационный потенциал водного объекта; продуктивность рыбохозяйственного комплекса; уровень перевозок водным транспортом; защита объектов от антропогенной деятельности; технологическая, социологическая и экономическая эффективность и др.

Эффективность использования  воды  на промышленных предприятиях оценивается тремя показателями:

• Техническое совершенство системы водообеспечения оценивается количеством использования оборотной воды;

• Рациональность использования воды, забираемой из источника;

• Потери воды.

В основе рационального использования  водных ресурсов лежит  технико-экономическое обоснование территориально-промышленного комплекса, которое проводится в направлении создания эффективной структуры производства основных видов продукции, охраны окружающей среды, комплексного использования водных ресурсов.

Рациональное использование водных ресурсов на промышленном предприятии характеризуют следующие факторы:

•  объем применения безводных технологий производства;

• размещение производств, обеспечивающее последовательное многократное использование воды в технологических процессах;

• уровень совершенства локальной очистки сточных вод;

• разделение водохозяйственной системы на группы локальных замкнутых систем  технического водоснабжения, позволяющих осуществлять очистку сточных вод в соответствии с требованиями оборотного водоснабжения, включая санитарно-гигиенические и технологические показатели;

• оптимизация процессов водообеспечения и водоочистки (подача и распределение воды для технологических операций производства, регенерация отработанных растворов, извлечение из сточных вод и утилизация ценных продуктов из отходов производства, создание локальных систем оборотного водоснабжения, обработка оборотной воды, обезвреживание осадков и их утилизация и др.);

• полнота использования водных ресурсов промышленного Узла, включающего применение сточных вод города и промышленных предприятий на земледельческих полях орошения и других объектах.

Промышленный узел — гpyппa взаимосвязанных  промышленных предприятий на определенной территории. Использует трудовые, сырьевые и другие ресурсы, транспортные сооружения, инженерные коммуникации, строительную базу данной территории. Он может бьпъ ограничен одним городом либо представляет систему городов вместе с окружающими их рабочими поселками. Узел представляет собой часть территориально-производственного комплекса.

Система промышленного водоснабжения  помимо непосредственно производственных целей обеспечивает санитарно-гигиенические  потребности работающего персонала.

Согласно современным требованиям, водообеспечение промышленных предприятии должно предусматривать оборотное и повторное использование вол в производстве, что необходимо учитывать при составлении балансовых схем предприятий, в которых должен быть указан расход воды, подаваемый каждому потребителю: цеху, корпусу (оборотная и последовательно используемая вода, свежая вода из источника); сбрасываемый каждым потребителем (сточная вода), теряемый безвозвратно на очистных сооружениях, на охладительных установках и т. д. (безвозвратные потери); необходимо рассчитать расход воды, идущий на хозяйственно-питьевые нужды предприятия. Кроме того, следует указать: направление движения воды, виды водоотводных и водоподводящих коммуникаций или категории транспортируемой по коммуникациям воды, расположение потребителей поды, сооружений по ее охлаждению, очистке и т. д.

Помимо воды, требуемой на производственные и бытовые нужды предприятия, необходимо учитывать объем воды, требуемый пожаротушение. В зависимости  от объема и огнестойкости здания и пожарной категории производства противопожарные расходы воды для наружного пожаротушения составляют от 10 до 80 л/с при продолжительности  тушения пожара 3 ч. Вместе с этим предусматривают подачу воды для внутреннего пожаротушения от пожарных кранов, которые устанавливаются в производственных и административных зданиях. На крупных промышленных предприятиях, имеющих производства повышенной взрывоопасности, предусматривают централизованные или автономные системы водоснабжения для подачи воды в стационарные системы противопожарной зашиты. Требуемый расход воды для установок изменяется от 30 до 240 л/с. В отдельных случаях расходы воды для стационарных систем противопожарного водоснабжения достигает 700... 1000 л/с. В крупных стационарных системах противопожарного водоснабжения используют условно чистую воду промышленного предприятии либо свежую природную воду.

 

2. ВОДОСБЕРЕГАЮЩИЕ МЕРОПРИЯТИЯ.

 Многообразие промышленных  производств обусловливает разнообразие  водосберегающих мероприятий позволяющих  сократить удельный расход воды (на единицу выпускаемой продукции) и расход свежей воды.

Первоначальным этапом разработки рациональных систем водообеспечения  промышленных предприятий является совершенствование маловодных технологий производств. Вода на предприятии используется на различные цели. Из всего многообразия функций использования водных ресурсов в промышленных технологиях наибольшее количество воды используется в качестве хладагента (70%), экстрагента (15%...20%), транспортирующего агента (10...15%). Водосберегаюшие мероприятия дорабатывают в зависимости от функциональною использования воды. Замена водяного охлаждения воздушным, применение систем и сооружении сухой очистки газов и воздуха аспирационных систем от пыли, испарительного и форсуночного охлаждения, противоточно-каскадных систем промывки, пневмогидравлических систем транспортирования и другие технические решения позволяют сократить удельное потребление волы и среднем на 20 ..30 %. Большое значение для этого имеет развитие систем автоматического контроля и управления процесса недопотребления, укрупнения единичных мощностей и агрегатов, борьба с потерями и утечками, за счет которых может быть на10.. 15% сокращено потребление воды.

Потребление воды из природных источников можно сократить в результате многократного ее использования  в промышленности и привлечения очищенных или частично очищенных сточных вод. При применении сточных вод требования к качеству используемой воды по существу определяют необходимую степень очистки и, следовательно, обусловливают затраты на их подготовку.

Наличие химического и микробиологического загрязнения в сточных водах определяет необходимость обоснования санитарно-гигиенических требований, исключающих неблагоприятное влияние этих факторов на состояние окружающей среды и здоровье человека.

При решении проблемы целесообразности создания систем водообеспечения промышленных предприятии с многократным использованием ВОДЫ в технологических процессах важнейшее значение имеет установление закономерностей формирования ее состава и свойств. Возможность прогнозирования состава позволит определить условия использования воды, обеспечивающие технологические и санитарно-гигиенические требования к ее свойствам, и разработать комплекс управления системой многократного использования воды в технологических процессах.

Одним из эффективных водосберегающих мероприятий в промышленности является внедрение оборотных систем водоснабжения, которые позволяют существенно снизить забор свежей воды и сократить сброс отработанных вод в водоемы. При создании этих систем необходимо учитывать не только техническую и экономическую стороны проблемы, по и экологическую.

Технический аспект проблемы интенсификации работы осаждающих систем оборотного водоснабжения заключается  в надежном предотвращении солевых  и механических отложений, коррозии и биологических обрастаний. Среди экологических аспектов при внедрении этих систем особенно важно учитывать вынос капельной влаги из градирни и сброс части оборотной воды из системы. Количество загрязнений, выносимых из оборотной системы, зависит от режима ее работы. С увеличением коэффициента упаривания общее количество выносимых загрязнений сокращается. При этом вынос загрязнений с капельной влагой увеличивается пропорционально этому коэффициенту, а количество загрязнений, выносимых из оборотной системы продувочной водой, уменьшается. В экстремальных условиях, при беспродувочном режиме, влияние оборотной системы на окружающую среду проявляется в виде рассредоточенного выноса загрязнений в атмосферу посредством капельной влаги. Вынос капельной влаги регламентируется безопасным уровнем воздействия, а количество загрязнений, отводимых продувочной водой, — соответствующими нормативами в зависимости от принятой схемы ее водоотведении.

Рассмотрение всей совокупности технических и экологических  аспектов указывает на необходимость комплексного рассмотрения проблемы интенсификации работы оборотных систем

Потери воды из системы  оборотного водоснабжения складываются из безвозвратных потерь — уноса  с продуктом или отходами; расходов на полив полов, проездов, насаждений; испарение в охладителе оборотной воды; естественного испарения с вод ной поверхности; транспирации растительностью водоема, фильтрации из системы водоснабжения в почву; сброса воды водоемы для освежения оборотной воды (продувка); сброс сточных вод в водоем.

Поступление воды в систему  оборотного водоснабжения происходит с исходным сырьем и полуфабрикатами; вспомогательными веществами; атмосферными осадками; из шахтного или рудничного водоотлива; при подземной инфильтрации; из источника водоснабжения и  систем водоотведения, когда сточные воды повторно используются в производстве.

Качество воды в производстве устанавливается в зависимо ста  от требований технологического процесса.

Вода, используемая в  производстве, должна быть безвредно  для здоровья человека при контакте с ней и не должна обладать отрицательными органолептическими свойствами при открытой системе водоснабжения.

Используемая для охлаждения жидких и конденсации газообразных продуктов в теплообменных аппаратах  и для охлаждения оборудования, вода не должна создавать механических и солевых отложений, коррозии металла и биологических обрастаний теплообменного оборудования, разрушать конструктивные материалы сооружений систем водоснабжения. Особенно это относится к открытым охлаждающим системам оборотного водоснабжения.

В процессе многократного  использования воды ухудшается ее качество. Механические грубодисперсные примеси, попадающие в систему оборотного водоснабжения, могут циркулировать  в ней и частично осаждаться. Основным источником загрязнения грубодисперсными примесями является вода поверхностных источников, поступающая для восполнения потерь в системе.

Для удаления грубодисперсных  примесей из воды, поступающей для  подпитки системы, применяют отстойники, осветлители, фильтры с песчаной загрузкой. Для вывода из оборотной системы взвешенных веществ применяют сетчатые или напорные песчаные фильтры.

В результате постоянного  испарения воды в системах оборотного водоснабжения повышается солесодержание в воде. Соли в оборотной воде подразделяются на хорошо растворимые, не выпадающие в осадок, и на соли, которые из-за недостаточной растворимости или вследствие физико-химических процессов в охлаждающих системах выпадают в осадок и создают отложения.

Основные загрязнители оборотных вод:

Карбонат кальция —  наиболее часто встречающийся компонент солевых отложений в системах — выпадает на стенки труб теплообменных аппаратов в результате нарушения углекислотного равновесия. Этот вид отложений является типичным для систем, использующих в качестве добавочной воду со значительной бикарбонатной жесткостью и щелочностью. Отложения образуются в результате распада бикарбоната при дефиците углекислоты в растворе.

Соли магния встречаются  реже, хотя образуются в виде гидроксидов  магния с  рН = 10, при большом содержании силиката магния. Сульфат кальция также может являться причиной отложений.