Применение воды в промышленности. Схемы водоснабжения промышленных предприятий

Кафедра «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов»

 

 

И.Б. Синежук, Н.И. Григоренко

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ:

"ОСНОВЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ"

для направления подготовки 08.03.01 «Строительство»

профиль "Водоснабжение и водоотведение"

Квалификация выпускника – бакалавр

Утверждено на заседании кафедры ВВиОВР протокол №___ от ___________г.

 

 

Утверждено на заседании УМК факультета инженерных и экологических систем в строительстве протокол №___ от ___________ г.

 

 

Макеевка 2019

УДК 628.1 - 628.3

 

Конспект лекций по дисциплине «Основы промышленного водоснабжения и водоотведения» для бакалавров направления 08.03.01 «Строительство» /Сост. И.Б. Синежук, Н.И. Григоренко - Макеевка, ДонНАСА, 2019 - 138 с.

 

В конспекте лекций изложены основы водного хозяйства на промышленных предприятиях, приведены требования к качеству воды на промышленных предприятиях и состав сточных вод. Рассмотрены особенности проектирования систем водоснабжения и водоотведения для различных отраслей строительства.

Конспект лекций предназначен для бакалавров направления подготовки 08.03.01 «Строительство» профиль “Водоснабжение и водоотведение”.

 

 

Составители                                        И.Б. Синежук, к.т.н., доц.

Н.И. Григоренко, к.т.н., доц.

 

 

Ответственный                                  В.И.Нездойминов, д.т.н., проф.

за выпуск

 

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.. 5

1. Применение воды в промышленности. Схемы водоснабжения промышленных предприятий.. 7

2. Требования к качеству воды, применяемой в промышленности. 14

3. Оценка эффективности использования воды на предприятии.. 20

4. Водоснабжение предприятий строительной индустрии.. 22

5 Водоснабжение предприятий черной металлургии.. 27

6. Водоснабжение нефтеперерабатывающих заводов, предприятий нефтехимической и химической промышленности.. 45

7 Водоснабжение электростанций.. 50

8 Особенности водоснабжения сельского хозяйства. 54

9 Устройство и эксплуатация промышленных водоводов. 57

10 Особенности промышленных насосных станций.. 65

11. Удаление из воды кремния. 66

11.1.Обескремнивание воды реагентами. 67

11.2. Фильтрационное обескремнивание воды.. 69

11.3. Обескремнивание воды анионитами. 70

12. Удаление из воды растворенных газов. 71

12.1. Растворимость газов в воде. Физические методы удаления из воды растворенных газов. Условия равновесия в системе жидкость-газ. 71

12.2. Удаление из воды растворенной углекислоты.. 76

12.3. Обескислороживание воды.. 82

12.4 Удаление из воды сероводорода. 86

13. Доочистка и использование сточных вод в. 91

промышленном водоснабжении.. 91

14. Основные направления в сокращении сброса в водоемы загрязнений с производственными сточными водами.. 96

15. Состав сточных вод промышленных предприятий. 97

16. Количество сточных вод и режим водоотведения. 97

17. Схемы водоотведения промышленных предприятий. 99

19. Системы водоотведения промышленных предприятий. 102

20. Особенности устройства канализационных сетей на промышленных предприятиях.. 104

21. Условия выпуска производственных сточных вод в. 108

городскую канализацию. 108

22. Классификация методов очистки производственных сточных вод. 108

23. Механические методы очистки сточных вод. 109

23.1. Усреднение. 109

23.2. Процеживание. 116

23.2.1. Сита. 116

23.3. Отстаивание. 119

23.3.1. Нефтеловушки. 120

23.3.2. Смоломаслоуловители. 123

23.3.3. Жироловки. 124

23.4. Осаждение взвешенных веществ в гидроциклонах. 126

23.5. Фильтрование. 130

23.6. Микрофильтрование. 132

Список рекомендуемой литературы.. 135

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Обеспечение водой промышленных предприятий является одной из важнейших народнохозяйственных задач. Это обусловлено тем, что расходы воды, потребляемые в промышленности, огромны. Они в десятки раз превосходят количество воды, которое потребляет население. Вода в промышленности расходуется на самые разнообразные цели.

Вода может быть теплоносителем при охлаждении продуктов производства или при защите конструкций производственных агрегатов от разрушения (прогара). В этом случае вода только нагревается. Вода может быть растворителем реагентов, поглощающей и транспортирующей механические или растворенные примеси (при обогащении, мойке и очистке сырья или продукции). В процессе использования вода только загрязняется. Вода может быть растворителем реагентов, использующихся при приготовлении сред для флотационного обогащения угля руды, угля или нерудных ископаемых.

Кроме перечисленных направлений применения воды на промышленных предприятий вода может быть использована:

· на хоз-бытовые нужды рабочих предприятий;

· для полива зеленых насаждений и дорог на территории промышленной площадки;

· для противопожарных нужд;

· вода может входить в состав выпускаемой продукции, например, в плодоовощной промышленности;

· для получения пара;

· для кондиционирования воздуха и т.д.

Выше перечисленный список применения воды в промышленности является далеко не полным.

На том или другом предприятии определенной отрасли промышленности тот или другой вид потребления воды является преобладающим. Например, на тепловых электростанциях 85% общего расхода воды используется для охлаждения, 12% на транспортировку золы (на станциях, где уголь используется как топливо), 3% на приготовление пара. В каждой отрасли промышленности разработаны научно обоснованные нормы водопотребления. В целом по всем видам промышленности 70-75% воды расходуется на охлаждение.

Вопрос охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, в том числе санитарное состояние водоемов – это один из наиболее важных аспектов социально-экономического развития любой страны. Развитие промышленности требует повышенного внимания к вопросам очистки отходов производства.

Основными направлениями в решении проблем охраны водоемов является максимальное снижение сброса сточных вод, утечек сырья и готовой продукции, которые попадают в сточные воды.

Потери сырья могут быть уменьшены за счет:

- усовершенствования технологических процессов производства;

- регенерации ценных веществ из сточных вод и повышение степени их очистки.

Количество сбрасываемых сточных вод можно снизить путем внедрения следующих мероприятий:

· повторного использования отработанной воды в технологических процессах;

· оборотного водоснабжения и бессточных систем;

· заменой многоводных технологических операций на маловодные и безводные.

Сточные воды промышленных предприятий очень разнообразны по составу, свойствам и расходам, поэтому требуют специфического и индивидуального подхода при выборе сооружений по их транспортировке и очистке.

 

Применение воды в промышленности. Схемы водоснабжения промышленных предприятий

Вода на промышленных предприятиях расходуется на хозяйственно-питьевые нужды работников предприятий, поливку территорий, пожаротушение и технические (производственные) нужды.

Чаще всего хозяйственно-питьевое водоснабжение предприятий обеспечивается из водопровода населенного пункта, где проживают работающие на предприятиях. Если городской водопровод обеспечивает подачу расчетного (секундного) расхода воды, то на предприятии устраивается разводящая водопроводная сеть, из которой вода подается в цеха и другие здания. Если городской водопровод не обеспечивает подачу расчетных (секундных) расходов на предприятие, а удовлетворяет только суточное водопотребление, то на предприятии устанавливаются накопительные емкости, насосная станция и разводящая водопроводная сеть.

Расходы воды на поливку территорий предприятий определяются исходя из норм расходования воды и площади поливаемых территорий. На поливку может использоваться вода из хозяйственно-питьевых водопроводов или из систем производственного водоснабжения, транспортирующих незагрязненную воду.

Расходы воды для пожаротушения на промышленных предприятиях определяются в зависимости от категории производства по пожарной опасности, степени огнестойкости и объема зданий. Подача воды на пожаротушение может осуществляться из хозяйственно-питьевых водопроводов, из систем производственного водоснабжения, транспортирующих незагрязненную воду и охватывающих всю территорию промышленного предприятия, либо из специально создаваемых систем противопожарного водоснабжения.

Технологическое (производственное) водопотребление на большинстве промышленных предприятий является основным как по количеству потребляемой воды, так и по роли воды в обеспечении основных технологических процессов. Вода используется в производстве для разнообразных целей, таких, как охлаждение оборудования и продукта, промывка продукции, получение технологических растворов, газоочистка, гидротранспорт, парообразование и др.

В процессе потребления вода может нагреваться и насыщаться разнообразными примесями.

Исходя из отмеченной ранее целесообразности и даже необходимости создания оборотных и бессточных систем производственного водоснабжения при анализе технологического водопотребления следует одновременно производить анализ водоотведения.

Все многообразие использования воды на технологические нужды можно систематизировать в ряд категорий, имеющих общие признаки и общие подходы к разработке систем водоснабжения.

Вода первой категории использования применяется в качестве теплоносителя для охлаждения оборудования и продукта в тепло-обменных аппаратах (без контакта с продуктом). В процессе потребления вода нагревается и практически не загрязняется. К этой категории использования воды относится охлаждение конденсаторов турбин в теплоэнергетике, металлургических печей в металлургии, компрессоров, холодильных машин и др.

Вода второй категории использования осуществляет поглощение и транспортирование примесей в производственных процессах без тепловыделения. При потреблении вода насыщается разнообразными примесями, но не нагревается. К этой категории использования воды относится промывка продукта и продукции, например, в текстильной промышленности, гальваническом производстве, электронике и др.

Вода третьей категории использования участвует одновременно в поглощении и транспортировании примесей и в охлаждении продукта и оборудования. В процессе потребления вода насыщается примесями и нагревается. К этой категории использования воды относится мокрая газоочистка, охлаждение прокатных станов и машин разливки стали и чугуна в металлургии и др.

Вода четвертой категории использования применяется для растворения реагентов в химической технологии, красителей в текстильной промышленности, электролитов и др. При этом образуются технологические растворы, которые в сток сливаться не должны.

Вода пятой категории использования входит в состав готовой продукции, например, в пищевой промышленности (консервы, алкогольные и безалкогольные напитки и др.). Вода этой категории непосредственно в сток не поступает.

Вода шестой категории использования применяется в качестве теплоносителя в теплоэнергетике и теплоснабжении в виде пара и перегретой воды. Такая вода после нагрева в теплогенераторах поступает в теплотехнический контур и в сток не сбрасывается.

Для разработки систем водоснабжения в качестве исходных параметров, характеризующих водопотребление, по каждому водопотребителю должны быть приведены следующие сведения:

- требования к качеству воды;

- требуемые количества воды и режим водопотребления;

- потребный напор;

- степень надежности подачи воды.

Соответственно для характеристики водоотведения должны быть известны:

- качество отработанной воды (стока);

- количество отводимой воды и режим водоотведения;

- напорные характеристики на отводе стока.

Требования к качеству воды определяются характером технологического процесса и ролью воды в его осуществлении. Даже внутри каждой категории водопотребления эти требования могут быть очень разнообразны.

Требуемая степень надежности подачи воды определяется оценкой последствий к которым могут привести нарушения в подаче воды (прекращение подачи, снижение расхода) к технологическому оборудованию. Самая высокая надежность должна быть в том случае, когда нарушения в подаче воды могут привести к катастрофическим явлениям и человеческим жертвам (например, охлаждение ядерных реакторов, доменных печей и др.).

Далее требуемая степень надежности определяется материальным ущербом, к которому может привести нарушение в подаче воды потребителям. Совершенно очевидно, что повышение надежности системы водоснабжения ведет к ее удорожанию. Сопоставление стоимости системы водоснабжения различной степени надежности с вероятным материальным ущербом при возникновении нарушения в подаче воды позволяет найти оптимальное решение в каждом конкретном случае.

По характеру использования воды в системе водоснабжения промышленного предприятия системы производственного водоснабжения подразделяются:

1. С прямоточным использованием воды (рис. 1.). При такой схеме водоснабжения вся использованная вода сбрасывается в водоем. Она может быть применена лишь в том случае, когда имеется мощный источник водоснабжения, использованная вода не требует больших затрат на очистку. Прямоточная схема водоснабжения наибольшее распространение получила в пищевой промышленности. Во вновь проектируемых промышленных предприятиях такая схема используется только при соответствующем экологическом и технико-экономическом обосновании.

 

Рисунок 1. Схема производственного водоснабжения с прямоточным использованием воды.

Wпр – потери воды в производстве; Wос – объем воды, теряемый при очистке

2. С последовательным использованием воды (рис. 2).

Рисунок 2. Схема производственного водоснабжения с последовательным использованием воды.

1. Источник водоснабжения (водоем); 2. Насосная станция первого подъема; 3. Подача технической воды; 4. Предприятие №1; 5. Предприятие №2; 6. Очистные сооружения; 7. Отвод использованной воды от предприятия №1 на предприятие №2; 8.Отвод воды на очистные сооружения; 9. Сброс очищенной воды в водоем;

Wпр1 – объем воды, который теряется на предприятии №1; Wпр2 - объем воды, который теряется на предприятии №2; Wос - объем воды, который теряется на очистных сооружениях.

При последовательном водоснабжении использованная вода в каком либо агрегате или процессе, передается для повторного использования в других производственных процессах или агрегатах без какой либо подготовки. После повторного использования вода после очистки сбрасывается в водоем или передается для повторного использования.

3.Оборотное водоснабжение (рис.3).

Рисунок 3. Схемы оборотного цикла водоснабжения: а) схема оборотного цикла водоснабжения в котором вода только нагревается; б) схема оборотного цикла водоснабжения в котором вода только загрязняется; в) схема оборотного цикла водоснабжения в котором вода нагревается и загрязняется.

1. Источник водоснабжения (водоем); 2. Насосная станция первого подъема; 3. Смесь оборотной и подпиточной воды; 4. Промышленное предприятие (цех); 5. Охладитель воды; 6. Циркуляционная насосная станция; 7. Подача воды на охладитель воды; 8. Подача воды на циркуляционную насосную станцию; 9.Подача оборотной воды; 10.Сброс продувочной воды; 11. Подача подпиточной воды; 12. Подача загрязненной воды на очистные сооружения; 13. Сброс очищенной воды в водоем; 14. Очистные сооружения; 15. Насосная станция подачи очищенной воды в охладитель; 16. Насосная станция подачи очищенной воды в оборотный цикл; Wохл – объем воды, который теряется на охладителе; Wпр - объем воды, который теряется на предприятии; Wос - объем воды, который теряется на очистных сооружениях.

 

Если в оборотном цикле вода только нагревается (рис. 3а), то воду только охлаждают в охладителе (пруд-охладитель, брызгальный бассейн, градирня и т.д.). Если в оборотном цикле вода только загрязняется (рис. 3б), то воду только очищают от полученных загрязнений в прудах-осветлителях, отстойниках, фильтрах и т. д.Если в оборотном цикле вода загрязняется и нагревается (рис. 3в), то воду сначала очищают от загрязнений, а далее очищают.

В реальных условиях при наличии различных требований к качеству используемой воды и различного качества стоков, зависящих от составов це­хов промышленного предприятия, системы оборотного водоснабжения мо­дифицируются и усложняются. Так, на рис. 4а показана схема оборотного водоснабжения при различном качестве сбросной воды в двух группах цехов, т.е. когда цехи одной группы не допускают использования воды, которую сбрасывают цехи другой группы. В этих условиях устраивают изолированные отсеки охлаждающих устройств A и Б, отдельные группы насосов на циркуляционной насосной станции и отдельные подающие водоводы для во­ды разного качества. На рис. 4б показана схема оборотного водоснабжения, при которой цехи одной группы сбрасывают воду, требующую дополни­тельного осветления в отстойниках. После охлаждения вода подается в обе группы цехов единой системой труб.

Рисунок 4. Варианты схем оборотного водоснабжения

П – производство; НС – насосная станция; ОС – сооружения по очистке сточных вод;

О – охладитель

 

Существует еще много схем оборотного водоснабжения: схемы с изменением агрегатного состояния воды, двухконтурные с использованием «захоложенной» или горячей воды, бессточные схемы и т.д.

На крупных предприятиях, занимающих большую территорию, иногда оказывается рентабельным разделение системы оборотного водоснабжения по группам цехов с устройством нескольких блоков охлаждающих сооружений и насосных станций (рис. 5). Это позволяет снизить затраты на сооружение водоводов и магистралей в пределах площадки, сократить расходы энергии на подачу воды и повысить надежность водоснабжения.

 

Рисунок 5. Схема разделения системы оборотного водоснабжения на отдельные системы по группам цехов

 

Выбор той или иной схемы водоснабжения определяется ролью воды в технологии предприятия, характером производства, видом используемого оборудования, местными условиями (наличием мощного водоема, культурой и традициями данного производства, технологической и экологической политикой как руководства предприятия так и местных властей) и т.д.