З дисципліни «особливості водопостачання І водовідведення промислових підприємств»



Сторінка1/5
Дата конвертації23.11.2016
Розмір1.02 Mb.
  1   2   3   4   5


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА


З ДИСЦИПЛІНИ



«ОСОБЛИВОСТІ ВОДОПОСТАЧАННЯ І

ВОДОВІДВЕДЕННЯ ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИЄМСТВ»

(для студентів 5-6 курсів денної і заочної форм навчання спеціальності 7.092601-«Водопостачання та водовідведення»)

Харків – ХНАМГ-2007

Конспект лекцій з дисципліни «Особливості водопостачання і водовідведення промислових підприємств» (для студентів 5-6 курсів денної та заочної форм навчання спеціальності 7.092601 – «Водопостачання та водовідведення»). Авт.: Айрапетян Т.С.- Харків: ХНАМГ, 2007. – 70 с.

Автор: к.т.н. Т.С. Айрапетян

Рецензент: зав. кафедри, проф. С.С. Душкін


Рекомендовано кафедрою водопостачання,

водовідведення та очистки вод,

протокол №1 от 30.08.2006 р.

Розділ І

ОСОБЛИВОСТІ ВОДОПОСТАЧАННЯ ТА ВОДОВІДВЕДЕННЯ ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИЄМСТВ
ВСТУП
Якщо система водопостачання промислового підприємства призначена для забезпечення підтримки необхідного режиму виробництва, то система водовідведення призначена для забезпечення відведення та очистки відпрацьованої води, яка в результаті контакту із продуктами виробництва, перетворюється у стічну воду. Після очистки стічних вод, вони можуть бути скинуті на міські очисні споруди для сумісної очистки і подальшого скиду у водойми або повторного використання у виробництві.

Для забезпечення водою промислово-господарського комплексу необхідно мати цілий ряд споруд для забору води, її підйому, очистки, накопичування, транспортування і розподілу. Набір цих споруд залежить від наявності і якісних показників водних джерел, вимог споживачів до води та кількості споживачів, складу самих споживачів, наявності обладнання, матеріалів тощо. В усіх країнах світу споживання води галузями народного господарства збільшується з року в рік, а це веде до зростання навантаження на природні водні джерела і на системи водопостачання та водовідведення.

На сьогоднішній день промислові підприємства України все ще споживають значну кількість води з природних джерел. До найбільш значних споживачів води у промисловості відносяться підприємства чорної металургії. Незважаючи на те, що на цих підприємствах достатньо широко застосовується оборотне водопостачання, об’єм якого в Україні перевищив 80 %, кількість стічних вод, що скидаються у водойми ще дуже велика і складає 1,5 млрд. м3/рік.

Захист водоймищ від забруднення стічними водами це в першу чергу правильне вирішення споживання води промисловістю. На сучасному етапі розвитку народного господарства існуючий розподіл на водопостачання та водовідведення втрачає свій смисл та перетворюється у єдиний комплекс – водне господарство того чи іншого виду виробництва, де головне завдання –це створення систем без скиду стічних вод, тобто створення замкнених систем оборотного водопостачання, наслідком яких є значне скорочення добору свіжої води з природних джерел.

Дисципліна “Особливості водопостачання та водовідведення різних промислових підприємств” вивчає питання організації водного господарства підприємств, які відносяться до категорії найбільш водоємних, а також таких, що дають найбільший внесок в забруднення навколишнього середовища, створення оборотних та замкнених систем водопостачання.

Вивчення дисципліни базується на знаннях, що одержані студентами на 1-4 курсах з таких дисциплін, як “Теоретичні основи очистки води”, “Технологія очистки промислових стічних вод”, “Раціональне використання і охорона водних ресурсів”.

Ця дисципліна є однією із завершальних у підготовці інженера за фахом водопостачання та водовідведення, вододіючого методами і засобами очистки природних та стічних вод, а також знаннями, які враховують особливості проектування, дослідження та експлуатації вказаних систем.

Вивчення цієї дисципліни дозволить майбутньому фахівцю оцінювати вплив особливостей систем водопостачання і водовідведення промислових підприємств на надійність їх експлуатації і в кінцевому підсумку на надійність захисту водних обєктів від забруднення стічними водами.


1. ВИКОРИСТАННЯ ВОДИ У ПРОМИСЛОВОСТІ ТА УМОВИ УТВОРЕННЯ ПРОМИСЛОВИХ СТІЧНИХ ВОД
1.1 Особливості використання води у промисловості

Промислові підприємства є практично в кожному населеному пункті. Це можуть бути невеличкі заводи місцевої промисловості (цегельні, залізобетонних конструкцій тощо), переробки сільськогосподарської продукції або заводи-велетні (металургійні, хімічної промисловості тощо). Вони можуть працювати в одну, у дві чи три зміни. Воду найчастіше витрачають протягом робочої зміни. Деякі з підприємств не працюють в окремі період року. Потреби підприємств у воді складаються з технологічних і господарсько-питних. Режим споживання води на технологічні потреби залежить від устаткування, технології виробництва та інших факторів і встановлюється технологами.

Промислові підприємства витрачають велику кількість води, а деякі підприємства вимагають навіть безперервної подачі води. Із збільшенням потужності підприємств, використанням складних технологічних процесів потреби у воді збільшуються. Витрати води, які споживає промисловість, у десятки разів перевищують кількість води, що споживає населення. Наприклад, кількість води, що використовується тільки на охолодження металургійними підприємствами, складає більше 5 млрд. м3 на рік, що у два рази перевищує водоспоживання населення.

На підприємствах в залежності від прийнятих технологій, виготовленої продукції, потужності, займаних площ може існувати декілька систем водопостачання. В цілому системи водопостачання промислових підприємств можна поділити на такі:



  • Господарсько-питні

  • Протипожежні

  • Виробничі.

Господарсько-питна система подає воду для питних та інших потреб робітників і службовців протягом зміни, а також для прийняття душів протягом 45 хв. після закінчення зміни. Залежно від виду виробництва (холодні або гарячі цехи) в розрахунках встановлюють графік витрачання води протягом зміни. Воду забирають питними фонтанчиками, раковинами, мийками, різними санітарними приладами. Для розрахунків вважають, що воду споживають усі працюючі, а душами користується якась частина їх. Кількість працюючих, які приймають душ, встановлюють залежно від типу виробництва. Якість води повинна відповідати вимогам “Вода питна”.

Протипожежна система має подавати воду тільки під час пожежі із зовнішньої та внутрішньої мереж. Витрати води на пожежегасіння можуть бути великими, але це спостерігається дуже рідко. Використовувати можна воду як питної, так і іншої якості.

Виробнична система забезпечує водою тільки виробничі процеси. При цьому в залежності від типу виробництва на підприємстві можуть бути споживачі з різними вимогами до якості води. Як приклад, розглянемо водопостачання сучасного заводу синтетичного каучуку. На заводі існує 10 мереж води різної якості:

  1. потрібна вода річкова технічна (неочищена);

  2. технічна очищена до вмісту завислих речовин 20 мг/дм3;

  3. технічна профільтрована до вмісту завислих речовин 5 мг/дм3;

  4. охолоджуюча оборотна технічна вода;

  5. прояснена і охолоджена до 7ºC, яка відводиться з температурою 12ºC;

  6. вода частково зм’якшена натрій-катіонуванням з жорсткістю до 0,7 мг-екв/дм3, яку використовують на відмивку каучуку;

  7. зм’якшена натрій-катіонуванням до 0,05 мг-екв/дм3, яку використовують для приготування каталізатора та живлення котлів-утилізаторів тепла;

  8. знесолена до 20-30 мг/дм3;

  9. вода господарчо-питна;

10)протипожежна.

Для підприємств, які є великими споживачами неочищеної води, звичайно будують самостійний виробничний водопровід. Великі підприємства, які розташовані за межами населеного пункту, мають роздільні системи господарсько-питного та виробничного водопроводів. Протипожежний водопровід здебільшого об’єднують з господарсько-питним. Невеличкі підприємства здебільшого підключають до водопроводу населеного пункту. У разі потреби в якісній воді (кращій ніж питна) для якогось цеху або приладу можна робити локальні установки поліпшення якості води.

Кількість і якість води для виробничих потреб залежать від характеру виробництва, схеми технологічних процесів, використовуваного обладнання, можливих джерел водопостачання. Звичайно, ці параметри задають технологи і вони можуть коливатися в дуже широких межах. Різноманітні вимоги до якості води потребують навіть різних виробничих систем. Вимоги до якості води дуже часто визначають можливі схеми водопостачання. В деяких випадках якість води може визначати питоме водоспоживання. Так, при охолодженні мартенівських пічок на Донбасі жорсткою водою на одну піч використовується 250-500 м3/год, а на Уралі при більш якісній воді – всього 150-300 м3/год.
1.2 Типи водоспоживання у виробництві

Вода у промисловості витрачається на самі різноманітні цілі. У цілому водоспоживання у виробництві можна класифікувати так: охолодження, промивання, пароутворення, гідротранспорт, у складі продукції. В залежності від ролі, що виконує вода у системах виробничного водопостачання, її можна поділити на чотири категорії:



  • Вода І категорії використовується для охолодження обладнання і продукту в теплообмінних апаратах (без контакту з продуктом). Вода тільки нагрівається і практично не забруднюється.

  • Вода ІІ категорії використовується як середа, що поглинає та транспортує домішки, без нагрівання (збагачення корисних копалин, гідротранспортування). Вода забруднюється механічним та розчинними домішками, але не нагрівається.

  • Вода ІІІ категорії використовується також як середа, що поглинає та транспортує механічні та розчинні домішки, з нагріванням (уловлювання та очистка газів, гасіння коксу та інше).

  • Вода ІV категорії використовується в якості розчинника реагентів, наприклад при флотаційному збагаченні копалин тощо.

Воду на охолодження використовують для конденсації пари, охолодження печей, машин, агрегатів. Звичайно, питома вага цих втрат значно перевищує інші витрати води і безперервно зростає. Так, в чорній і кольоровій металургії, в нафтопереробній промисловості на водяне охолодження використовується 95% води і тільки 5% на підсобні потреби, в хімічній та коксохімічній відповідно 90% і 10%.

Промивання водою сировини або продукції здійснюється, наприклад, на таких підприємствах, як шкіряні, консервні, овочесушильні, цукрові тощо. Водою змивають різне сміття, жир, мул. Вода використовується для промивки, замочування, та зволоження у целюлозно-паперовій, текстильній та вовнапереробній промисловостях.

Пару, яку одержують на різноманітному за потужністю та конструкцією паросиловому обладнанні, використовують практично на всіх підприємствах для обігріву приміщень, підігріву різних матеріалів, прогріву продукції – скажемо залізобетонних плит на заводі будівельної індустрії тощо.

Гідротранспорт передбачає транспортування потоком води лотками або жолобами шлаку, золи, сировини тощо. Його можна використовувати, наприклад, на теплосилових станціях для транспортування шлаку і золи, в доменному виробництві для транспортування шлаку, на збагачувальних фабриках для транспортування різних відходів, на цукрових заводах для транспортування цукрових буряків тощо.

Вода у складі продукції - прикладом можуть бути харчова промисловість, будівельна індустрія. Це стосується виготовлення консервів і продукції на овочесушильних виробництвах, молочних заводах, виготовлення цегли на цегляних заводах тощо.

Наприклад, на теплових електростанціях 85% загальної витрати води використовується на охолодження, 12% - на транспортування золи (на станціях, де вугіль використовують як пальне), 3% - на приготування пари. В цілому, по всім видам промисловості 70-75% води витрачається на охолодження механізмів та апаратів різних технологічних процесів.


Основні 4 випадки використання води у промисловості

  1. Вода не підлягає термічному діянню.

В таких процесах, як гідротранспорт, мийка деталей або обладнання, сольовий склад води практично не змінюється, і тому не чинить шкідливого діяння на об’єкт, з яким контактує. В процесі використання така вода придбає тільки механічні забруднення. Для повторного використання цієї води достатньо її освітлення за допомогою відстоювання. Чим більший розмір отворів розподільчих та розбрискувальних пристроїв, тим менші вимоги до степені освітлення води, що використовується в оборотній системі.

  1. Вода підлягає термічному діянню

В оборотних системах охолодження теплообмінної апаратури вода багаторазово нагрівається та охолоджується у інтервалі 20-40°C. При цьому у зв’язку з випаровуванням частини води на градирні зростає кількість солей, у тому числі погано розчинних солей карбонатної жорсткості, які здібні утворювати накипі. В основному утворюються відкладення карбонату кальцію внаслідок порушення вуглекислотної рівноваги, що інтенсифікується з підвищенням температури.

Ca(HCO3)2 CaCO3+ H2O + CO2. (1.1)

Для запобігання цьому технічну воду підкислюють сірчаною кислотою, в результаті чого солі карбонатної жорсткості перетворюються у краще розчинні сульфати, тобто карбонатна жорсткість переходить у некарбонатну.

Ca(HCO3)2 + H2SO4CaSO4 + 2H2O + 2CO2. (1.2)

3.Вода нагрівається до 140°C.

Це діється при підготовці гарячої води для систем гарячого водопостачання міста. Повне знесолення води у цьому випадку не потрібно, тому достатньо забезпечити запобігання корозії в опалювальних приладах міста та утворення накипі. З цією метою з води спочатку видаляються корозійно-активні гази (O2, CO2), а потім на натрій-катіонітних фільтрах катіони кальцію та магнію, що утворюють накипі, замінюються на катіони натрію, солі якого добре розчинні.

4.Вода повністю випаровується.

При отриманні технологічної пари вода повністю переходить з рідкого стану у пароутворення. Тому солі, що містяться у воді можуть кристалізуватись на теплообмінній поверхні труб парових котлів. Підготовка води для отримання пари полягає у повному видаленні усіх розчинних у воді компонентів на спорудах хімводоочистки. Технологічний ланцюжок цієї очистки включає послідовне видалення усіх компонентів в залежності від простоти вилучення цих компонентів. Спочатку з води видаляються корозійно-активні гази. У зв’язку з поганою розчинністю газу у гарячій воді для цього воду достатньо нагріти. Після цього з води собційним засобом вилучаються органічні речовини (нафтопродукти, гумінові солі). Розчинні неорганічні солі, що залишились у воді вилучають послідовно на катіонообмінних і аніонообмінних фільтрах. На катіонообмінних фільтрах усі металеві катіони заміняються на катіони водоводу. Для вилучення аніонів використовують виключно аніоніти, в яких усі аніони (кислотні залишки) заміняються на гідроксид-аніони. Таким чином вода повністю знесолюється.


1.3 Утворення промислових стічних вод. Призначення систем

водовідведення промпідприємств

Безперервне зростання промисловості обумовлює збільшення об’ємів споживання води на різні виробничні операції, процеси (для допоміжних цілей або для запровадження до складу продукції). Після використання у виробничних цілях вода, забруднюється або нагрівається, змінює свої первинні властивості, і стає непридатною для подальшого використання, тобто вона перетворюється у виробничні стічні води (промислові стоки).

Для своєчасного та організованого відведення промислових стоків, очистки та знешкоджування їх до необхідної степені з метою послідуючого використання або випуску у водойми (міську каналізацію), а також для обробки та утилізації осадків на промислових підприємствах влаштовуються системи водовідведення.

Системи водовідведення промислових підприємств складаються з водоприймальних ємностей, мереж водовідведення, насосів або спеціальних насосних станцій, очисних споруд, випусків.

Системи промислового водовідведення забезпечують нормальне та високоефективне функціонування промпідприємства; здійснюють очистку стічних вод до необхідного стану з метою їх послідуючого використання, що в решті решт охороняє водойми від забруднень і сприяє раціональному використанню води.

Обробка і утилізація осадів та інших забруднень, що видаляються при очищенні стічних вод, створюють умови для безвідходних виробництв або окремих технологій, служать охороні природи і раціональному використанню сировини, підвищують економіку та культуру виробництва.

На промислових підприємствах (заводах, фабриках, рудниках і т.п.) утворюються три категорії стічних вод:


  1. Побутові, що утворюються у побутових приміщеннях (від санітарних вузлів, душових кабін) промпідприємств;

  2. атмосферні, що утворюються в результаті випадіння опадів та розтавання снігу;

  3. виробничні (промислові), що утворюються при використанні води у різних технологічних процесах виробництва або при добуванні корисних копалин (вугілля, нафти, руди).

Промислові стоки відрізняються виключно великою різноманітністю в залежності від умов утворення, кількості і особливо видів окремих забруднень, їх сполучень та концентрацій.

Промислові стічні води утворюються при гідродобуванні корисних копалин, їх збагаченні; гідротранспортуванні; промивці газів, що відходять; мокрого пиловловлювання в шахтах та рудниках, мийці посуду, робочих ємностей, приміщень, агрегатів; промивні води установок гальванічного покриття: лужні, кислі, забруднені важкими металами; нагріті промислові стоки після використання води для охолодження.


1.4 Норми водоспоживання та кількість промислових стічних вод

Витрата води на промислові потреби промпідприємств залежить від характеру та обсягу виробництва та застосованих технологічних процесів.

Норма водоспоживання для виробництва однакової продукції залежить від ряду факторів:


  • виду та якості сировини;

  • технологічної схем виробництва;

  • застосування обладнання;

  • місцевих умов;

  • якості використаної води.

Нормою водоспоживання вважається доцільна кількість води, що необхідна для виробничного процесу і встановлена на основі передового опиту або науково обґрунтованого розрахунку. Нормою водовідведення є встановлена середня кількість стічних вод, що відводяться від виробництва у водойми при доцільній нормі водоспоживання.

Орієнтовно норми водоспоживання на промислові потреби можуть прийматись по справнику «Укрупненные нормы расхода воды и отвода сточных вод на единицу продукции для различных отраслей промышленности». Укрупнені норми водоспоживання та водовідведення виражаються у м3 води на одиницю готової продукції або сировини.

При усьому цьому розрізняють повні витрати води, необхідної на потреби виробництва та витрати “свіжої” води, яка береться з водного об’єкту чи мережі міського водопроводу для поповнення втрат в оборотних циклах.

Укрупнені норми водовідведення у різних галузях промисловості коливаються у широких межах. Так, наприклад, при збагаченні 1т вугілля утворюється 0,08 м3 стічних вод, при виплавці 1т сталі-4 м3, при виробництві 1т синтетичного дивінілового каучуку –18 м3, 1т цементу – 0,12 м3. Кількість стічних вод від крупних промислових підприємств досягає 200-400 тис. м3 за добу. На практиці кількість промислових стічних вод від окремих установок або цехів може коливатись у широкому діапазоні від декількох м3/ч до десятків тисяч. На багатьох хімічних, металургійних, збагачувальних заводах і фабриках кожну годину відводяться та оброблюються десятки тисяч м3/ч промислових стічних вод.

Розрахункові витрати виробничних стічних вод, що потрапляють на очисні споруди визначаються за формулою:

, (1.3)

де N – норма водовідведення на одиницю продукції або перероблюваної сировини, м3;



M – продуктивність цеху, число одиниць продукції або перероблюваної сировини.

, (1.4)

де - продуктивність цеху за зміну, число одиниць продукції за зміну;



- коефіцієнт годинної нерівномірності утворення промислових стічних вод;

Т- тривалість роботи цеху, год.

Кількість атмосферних вод, що утворюються в результаті випадіння опадів (поверхнево-зливовий стік з територій промпідприємств) залежить від клімату району розташування і площаді промислової площадки, водонепроникності окремих видів покриттів. Кількість атмосферних вод залежить від інтенсивності і тривалості розрахункового дощу.
1.5 Вимоги до якості води, що застосовується у промисловості

Вимоги до якості води встановлюються в залежності від вимог технологічного процесу та схеми виробництва. Основною вимогою є те, щоб вода, яка використовується, не порушувала санітарно-гігієнічного стану робочих місць і технологічного процесу виробництва. У зв’язку з цим, вода:



  1. повинна бути нешкідлива для обслуговуючого персоналу;

  2. не повинна погіршувати якість продукції;

  3. не повинна викликати корозії;

  4. не повинна давати карбонатних та інших сольових відкладень і не викликати біологічного заростання;

  5. не повинна погіршувати техніко-економічні показники виробничного процесу.

В залежності від цільового призначення вода на технологічні потреби промислових підприємств повинна відповідати самим різноманітним вимогам. Ці вимоги авжеж нижчі за вимоги ГОСТ 3874-83 “Вода питна” і таку воду називають технічною, тобто не придатною для пиття. Однак для ряду виробництв за деякими показниками ці вимоги можуть бут значно вище, оскільки для багатьох галузей промисловості виключно важливе значення має додержання вимог відносно змісту у воді різних речовин. Так, наприклад,

    • у воді, яку використовують для виготовлення кіно- і фотоматеріалів, не повинно бути марганцю, заліза, кремнієвої кислоти, концентрація хлоридів не повинна бути високою;

    • жорсткість води для виготовлення розчинів кислот та луг, мила, барвників – не повинна перевищувати 0,35 мг-екв/л;

    • вода, яка використовується для промивних цілях, не повинна містити речовини, які негативно впливають на матеріал, що промивається.

Більша частина води, яка подається на потреби промислових підприємств використовується в охолоджуючих системах прямоточного або оборотного водопостачання.

Вимоги до якості води визначаються з умов її використання в конкретних технологічних схемах з урахуванням специфіки виробництва. Усі вимоги зводяться до забезпечення високоефективної роботи теплообмінного обладнання. При цьому на поверхні охолоджуючих елементів не повинно виникати корозійних процесів та утворення сольових механічних або біологічних відкладень. Інакше будуть порушені умови теплопередачі, збільшаться енергетичні витрати, погіршаться експлуатаційні характеристики системи та буде відбуватися руйнування конструкційних матеріалів.

Природні води, які використовуються в системах технічного водопостачання і в яких не відбувається сольових відкладень, тобто не випадають солі карбонатної жорсткості при температурі 40-60°C, прийнято називати термостабільними. Карбонатна жорсткість цих вод не перевищує 4 мг-екв/л для прямоточного водопостачання, та 2-3 мг-евк/л –для оборотного.

Обмежено термостабільними називають води, якщо утворення карбонатних відкладень відбувається при накопиченні солей кальцію.

Не термостабільні води –це коли при нагріванні води відразу утворюються відкладення.

В практиці водопідготовки стабільною прийнято називати воду, яка при визначеній температурі не здібна виділяти нерозчинні сполуки карбонату кальцію та не є агресивною, тобто не руйнує конструкційні матеріали.

  1   2   3   4   5


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка