Родионов А. И и др. Tехнологические процессы экологической безопасности /Основы энвайронменталистики

Подождите немного. Документ загружается.

221

H=CQH-Qc

VQ^

' (

-2)

кратность использования воды

= (Qce

Qc)Z(QM

Qc)^ (П.З)

безвозвратное потребление воды и ее потери в производстве (в %)

IT=KQH- Qe

) /(Q

+Q„)H00, (п.4)

где Q

— количество оборотной воды, м

/ч; Q

— количество воды,

забираемое

из

источника водоснабжения, м

/ч; Q

—количество воды,

сбрасываемое предприятием, м

/ч; Q

— поступление воды из сы-

рья, м

/ч.

Оборотная вода должна соответствовать определенным значени-

ям показателей: карбонатной жесткости, рН, содержанию взвешен-

ных веществ и биогенных элементов, значению ХПК (химическая

потребность в кислороде), определяющих термостабильность и ин-

тенсивность биообрастаний в оборотной системе и др.

Оборотную воду в основном используют в теплообменной аппа-

ратуре для отведения избыточного тепла. Она многократно нагрева-

ется до 40—45

C и охлаждается в вентилируемых градирнях или

брызгальных бассейнах. Значительная часть ее теряется в результате

брызгоуноса и испарения. Кроме того, из-за неисправностей и не-

плотностей теплообменной аппаратуры она загрязняется до опреде-

ленного предела.

Для предотвращения инкрустации, коррозии, биологического об-

растания часть оборотной воды выводят из системы (продувочная

вода), добавляя свежую воду из источника или очищенные сточные

воды.

При движении воды на поверхностях труб и теплообменников

откладывается карбонат кальция по реакции:

-+2HC0

-5=tCaC0

+C0

0. (И.5)

Растворимость карбоната кальция с ростом температуры умень-

шается. Скорость отложения карбоната кальция и

дру

гих солей не

должна превышать 0,25 г/(м

-ч). Основным требованием к воде, рас-

ходуемой на подпитку оборотных систем, является ограничение и

карбонатной, и сульфатной жесткости. Ограничивается также содер-

жание взвешенных веществ, которые тоже отлагаются на отдельных

участках трубопроводов и теплообменной аппаратуры.

При содержании в воде растворимых солей щелочных металлов

и магния происходит коррозия материалов теплообменных систем,

222

Таблица

II.

Требования к качеству воды в охлаждающей системе

оборотного водоснабжения

Показатель

Рекомендуемые нормы для промыш-

ленности

Показатель

азотной

хлорной

нефтехими-

ческой

Температура,

28—30

25—30 До 28

Жесткость, экв/м :

Общая 1,5—2,5

5,5 До 15

Карбонатная 1,5-2,5

До 2,5

Общее солесодержание, г/м

1200

800—1200

Щелочность, экв/м

—

2-4

3,5-4

Окисляемосгь перманганатная (на Ог), г/м

8—10 До 15

ХПК (на

г/м"

—

Содержание, г/м

Взвешенных частиц 20—30

10—20

До 30

Масла и смолообразующих веществ 0,3

—

ПАВ

—

Хлоридов (СГ) До 350

150—300 350

Сульфатов (SO/") 500

350—500

500

Фосфатов (на

) 6 1,5—9

—

Соединений азота (на NH3)

2,4

0,12—2,4

—

Ионов тяжелых металлов

—

0,5

Растворенного кислорода (на О2)

—

6—8

—

Остаточного активного хлора

—

До 1,0

—

6,5-8,5

7-8,5

которая растет с температурой. В отсутствие ингибиторов содержа-

ние солей в оборотной воде не должно превышать 2 кг/м

Для предотвращения биологического обрастания аппаратов и со-

оружений в оборотной воде должно быть ограничено содержание

органических веществ и соединений биогенных элементов (азота,

фосфора), являющихся питательной средой для микроорганизмов.

Скорость биологических обрастаний теплообменников не должна

превышать 0,07 г/(м

-ч), рост толщины слоя не должен быть выше

0,05 мм в месяц.

Требования к качеству воды в охлаждающей системе оборотного

водоснабжения даны в табл. II-1.

Необходимое количество воды для подпитки определяется из ма-

териального баланса оборотной системы:

223

Таблица

II.

Требования

качеству воды для подпитки теплообменных систем

обо-

ротного водоснабжения

химической промышленности

Показатель

Оборотная

вода

Подпитывающая вода

Показатель

Оборотная

вода

при работе со

сбросом 8% воды

(с продувкой)

при работе без

сброса (замкнутый

цикл)

Жесткость, экв/м

Карбонатная

2,5

0,9

Постоянная

5 4

1,9

Общее солесодержание,

г/м

1200

900 445

Окисляем ость

перманганатная

(на О2), г/м

8—15 11,8—12,8

3-5,7

ХПК (на 0

),i7m

70 55 26

Содержание, г/м :

Хлоридов (Cl

)

300 237 112

Сульфатов

350—500

277—395 119—187

Фосфора и азота

(сумма)

3 2,4

1,1

Взвешенных частиц 30 23,6

11,2

Масла и

смолообразующих

веществ

0,3 0,25 0,10

Q JTH

пр

ИСП

Qn' -6)

где Q

yjt

— количество воды, уносимой в виде капель ветром на гра-

дирнях; Q

— количество оборотной воды, сбрасываемой для "про-

дувки";

— потери воды с осадками при фильтровании;

np п

—

производственные потери воды; Q

iicn

— количество воды, испаряю-

щейся на градирне; Q

— расход подпитывающей воды на компенса-

цию всех потерь оборотной воды в системе.

Допустимое содержание солей в подпитывающей воде определя-

ется из материального баланса по солям:

Q с = (О +0

+Q ,+Q )с

п п

^-ун ^об ф ^npn

об'

^ = ^(Q

-KU

Q,,,,)/Q

- (П.ба)

где с

— содержание солей в подпитывающей воде; с

об

— общее со-

держание солей, удаляемое из системы с потерями воды.

Средние потери воды от испарения составляют около 2,5%; от

224

Таблица II 3

Удельные расходы воды и объемы сточных вод для некоторых

производств

химической

нефтехимического промышленности

(в

на / т продукции)

Вид продукции

Оборотная и

последова-

тельно исполь-

зуемая вода

Свежая

вода из

источ-

ника

Всего

Безвозв-

ратное по-

требление и

потери воды

Сточная

вода

Сложные удобрения

5 52

2,1

2.9

Азотные удобрения

57,3

4,3 61.6 3,4

0,9

Химические средства

защиты растений

290

2 292 1,25

0,75

Сода

Кальциниро-

ванная

120

5 125 3 15,2

Каустическая

(известковый

способ)

122

1,5

123,5

1,5

Серная кислота 72

5 77

Синтетические волокна

2300 290

2590 95 195

Поликарбонатные

по-

лиформальдегидные

смолы

1028

50 1078 39

Нефтехимические про-

изводства (на

т нефти)

1,4

52,4

1,1

0,3

капельного уноса на градирнях— 0,3-0,5%; продувочный сброс при-

нимается 6-10%. в среднем 8%; сумма всех остальных потерь при-

нимается

% от объема оборотной воды.

Показатели качества воды для подпитки даны в табл. II.2. При

работе без сброса оборотной воды для продувки объем свежей воды

для подпитки в три раза меньше, чем при работе со сбросом, но

предъявляются более жесткие требования к качеств}' воды, что свя-

зано

с у

величением затрат на водоподготовку. Удельные расходы воды

и количества сточных вод для некоторых производств приведены в

табл. II.3.

6.3. Технологическая вода и сточные воды

Технологическая вода. Качество воды, используемой для тех-

нологических процессов, должно быть выше, чем воды, находящей-

ся в оборотных системах. Под качеством воды понимается совокуп-

225

Таблица 11.4.

Требования к качеству технологической воды

Показатель

Промышлен-

ность хими-

ческих воло-

кон

Химическая про-

мышленность

(наиболее жесткие

требования)

Производст-

во неотбе-

ленной цел-

люлозы

Производство пара

в котлах высокого

давления

(5—ЮМПа)

Общая жест-

кость, экв/м

0.035 0,012 5

0,035

Содержание, г'м

диоксида

кремния

—

50 50

0,7

меди

— — —

0,05

марганца 0,03

— —

—

железа 0,05

0,1 0,1

0,05

кислорода

— — —

0,3

нитратов и

нитритов

— —

рН

7—8 6,2—8,3

6—10 8—10

Цветность,

град

5 20

— —

Окисляемость,

г/м

— — —

ность физических, химических, биологических и бактериологичес-

ких показателей, обусловливающих ее пригодность для использова-

ния в промышленном производстве.

Качество воды, используемой в производстве, устанавливается в

каждом случае в зависимости от ее назначения и требований техно-

логического процесса с учетом состава используемого сырья, приме-

няемого оборудования и особенностей готового продукта производ-

ства. В некоторых случаях требуется вода с содержанием солей ме-

нее 10-15 г/м

, жесткостью, не превышающей 0,01 моль экв/м

и окис-

ляемостью до 2 г 0

/м

. В табл. II-4 приведены основные требования

к воде, идущей на разные цели.

Сточные воды. В производстве образуются различные катего-

рии сточных вод. Сточная вода — это вода, бывшая в бытовом, про-

изводственном или сельскохозяйственном употреблении, а также про-

шедшая через какую-либо загрязненную территорию. В зависимос-

ти от условий образования сточные воды делятся на бытовые или

хозяйственно-фекальные (БСВ), атмосферные (ACB) и промышлен-

ные (ПСВ).

226

Таблица U.S.

Количество и характеристика сточных вод отдельных производств

Производство

Количество

сточных вод,

/т продукции

Загрязняющие вещества

Концен-

трация,

кг/м

Аммиака:

после медно-аммиачной

очистки

с газовым конденсатом

0,17

1,17

Аммиак

Медь

Бикарбонат натрия

Аммиак

Метанол и формальде-

гид

Диоксид углерода

0,5

1,0

До 1,0

0,8

0.10

0,16

Азотной кислоты (после

продувки котлов-

утилизаторов)

0,06

Сульфат кальция

3,0

Аммиачной селитры (по-

сле ионообменного обес-

соливания воды)

0,08

Хлорид кальция

Хлорид магния

Хлорид натрия

2,62

1,56

5,46

Карбамида (с конденсато-

ром сокового пара)

0,45

Аммиак

Карбамид

0,1

1,0

Метанола (кубовый оста-

ток после установок рек-

тификации)

1,0

Метанол

2,0

Кальцинированной

соды

8,0—10

Взвешенные частицы

Хлорид кальция

Сульфат кальция

Хлорид натрия

Гидроксид аммония

20—24

110—120

0,70-0,80

50—60

0,10-0,12

Двойного суперфос-

фата:

после упаривания фос-

форной кислоты

после грануляции

0,06—0,08

0,08— 0,12

Кремнефтористоводо-

родная кислота

Фосфорная кислота

Сульфат кальция

Взвешенные частицы

Фосфорная кислота

Кремнефтористоводо-

родная кислота

0,10

0,5—0,6

60—70

35—40

3—4

23—25

Нитроаммофоски (после

получения сплава амми-

ачной селитры)

16—18

Взвешенные частицы

Содержание солей

0,1—0,2

0,6

Соляной кислоты

12—13

Соляная кислота

До 0,01

Нитробензола

50—60

Серная и азотная кисло-

ты, нитробензол

1,0—2,0

Адипиновой кислоты

8,0

Нитрат натрия

Оксалат натрия

5,0

1,5

227

Хозяйственно-бытовые воды — это стоки душевых, бань, пра-

чечных, столовых, туалетов, от мытья полов и др. Они содержат при-

меси, из которых примерно 58% органических веществ и 42% мине-

ральных.

Атмосферные воды образуются в результате выпадения атмос-

ферных осадков и стекающие с территорий предприятий. Они заг-

рязняются органическими и минеральными веществами.

Промышленные сточные воды представляют собой жидкие от-

ходы, которые возникают при добыче и переработке органического и

неорганического сырья. В технологических процессах источниками

сточных вод являются: 1) воды, образующиеся при протекании хи-

мических реакций (они загрязнены исходными веществами и про-

дуктами реакций); 2) воды, находящиеся в виде свободной и связан-

ной влаги в сырье и исходных

проду

ктах и выделяющиеся в процес-

сах переработки; 3) промывные воды после промывки сырья, про-

дуктов и оборудования; 4) маточные водные растворы; 5) водные эк-

стракты и абсорбенты; 6) воды охлаждения; 7) другие сточные воды;

воды с вакуум-насосов, конденсаторов смешения, систем гидрозоло-

уцаления, после мытья тары, оборудования и помещений. Количе-

ство и состав сточных вод зависит от вида производства (см., напри-

мер, табл. II-5).

Сточные воды загрязнены различными веществами. Комитетом

ВОЗ рекомендована следующая классификация химических загряз-

нителей воды: 1) биологически нестойкие органические соединения;

Таблица П.б.

Классификация пргшесей по их фазово-дисперсному состоянию

Группа

Размер частиц,

мкм

Краткая характеристика

Гетерогенные системы

1-взвеси >10

-1

Суспензии и эмульсии, обусловливающие

мутность воды, а также микроорганизмы и

планктон

И-коллоидные

растворы

КГ

—IO"

Золи и растворы высокомолекулярных соеди-

нений, обусловливающие окисляемость и

цветность воды

Гомогенные системы

Ш-молекуляр-

ные растворы

10"

—10~

Газы, растворимые в воде, органические ве-

щества, придающие ей запахи и привкусы

IV-ионные

растворы

<10~

Соли, основания, кислоты, обусловливающие

минерализованность, жесткость, щелочность

или кислотность воды

228

2) малотоксичные неорганические соли. 3) нефтепродукты; 4) био-

генные соединения; 5) вещества со специфическими токсичными

свойствами, в том числе тяжелые металлы, биологически жесткие

неразлагающиеся органические синтетические соединения.

Сточные воды многих производств, кроме растворимых неор-

ганических и органических веществ, содержат коллоидные примеси,

а также взвешенные грубодисперсные и мелкодисперсные примеси,

плотность которых может быть больше или меньше плотности воды.

Концентрация примесей весьма различна. Классификация их по

фазово-дисперсному состоянию дана в табл. 11-6.

Имеется несколько путей уменьшения количества загрязненных

сточных вод, среди них следующие: I) разработка и внедрение без-

водных технологических процессов; 2) усовершенствование суще-

ствующих процессов; 3) разработка и внедрение совершенного обо-

рудования; 4) внедрение аппаратов возду шного охлаждения; 5) по-

вторное использование очищенных сточных вод в оборотных и зам-

кнутых системах.

6.4. Замкнутые системы водного хозяйства

промышленных предприятий

Основным направлением уменьшения сброса сточных вод и

загрязнения ими водоемов является создание замкнутых систем вод-

ного хозяйства.

Под замкнутой системой водного хозяйства промышленного пред-

приятия понимается система, в которой вода используется в произ-

водстве многократно без очистки или после соответствующей обра-

ботки, исключающей образование каких-либо отходов и сброс сточ-

ных вод в водоем.

Под замкнутой системой водного хозяйства территориально-про-

мышленного комплекса, района или центра понимается система,

включающая использование поверхностных вод, очищенных про-

мышленных и городских сточных вод на промышленных предприя-

тиях, на земледельческих полях для орошения при выращивании сель-

скохозяйственных культур, для полива лесных угодий, для поддер-

жания объема (уровня) воды водоемов, исключающих образование

каких-либо отходов и сброс сточных вод в водоем.

Подпитка замкнутых систем свежей водой допу скается в

слу

чае,

если недостаточно очищенных сточных вод для восполнения потерь

воды в этих системах, допу скается также расход ее в технологичес-

229

ких операциях, в которых очищенные сточные воды не могут быть

использованы по условиям технологии или гигиены. Свежая вода

расходуется только для питьевых и хозяйственно-бытовых целей.

Необходимость создания замкнутой системы производственного

водоснабжения обусловлена: дефицитом воды; исчерпанием ассими-

лирующей разбавляющей и самоочищающей способности водного

объекта, принимающего сточные воды; экономическими преимуще-

ствами перед очисткой сточных вод до требований, предъявляемых

водоохранным контролем. Таким образом, организация замкнутой

системы целесообразна, когда затраты на рекуперацию воды и ве-

ществ, выделенных из сточной воды и переработанных до товарного

продукта или вторичного сырья, ниже суммарных затрат на водо-

подготовку и очистку' сточной воды до показателей, позволяющих

сбрасывать ее в водные объекты без загрязнения последних. В тех

случаях, когда создание замкнутых систем водоснабжения диктует-

ся экологическими требованиями, должен быть выбран оптималь-

ный вариант с экономической точки зрения.

Замкнутая система должна обеспечить рациональное исполь-

зование воды во всех технологических процессах, максимальную

реку перацию компонентов сточных вод, сокращение капитальных и

эксплу атационных затрат, нормальные санитарно-гигиенические

у с-

ловия работы обслуживающего персонала, исключение загрязнения

окружающей среды.

Очищенная вода должна соответствовать качеству' технологичес-

кой воды. Замкнутые системы водного хозяйства следует вводить на

вновь строящихся предприятиях и на действующих, подлежащих ре-

конструкции. В последнем случае, внедрение замкнутых систем идет

постадийно с постоянным увеличением оборотного водоснабжения

по мере усовершенствования технологии.

Оценка систем водного хозяйства проводится путем сравнения

следующих показателей: удельного расхода воды, в том числе све-

жей, на единицу проду

кции;

удельного расхода реагентов, электро-

энергии и тепла на очистку сточных вод; абсолютного количества

товарного продукта, получаемого при очистке сточных вод; эконо-

мических показателей, в том числе себестоимости, рентабельности,

фондоемкости, фондоотдачи; годового экономического эффекта по

приведенным затратам; экологических показателей (о закачке жид-

ких отходов в подземные горизонты, складировании твердых отхо-

дов, о состоянии воздушного бассейна, флоры и фауны).

230

Сточная вода

Рис. И-З. Классификация основных методов обезвреживания сточных вод

химических производств

Методы очистки сточных вод. Для создания замкнутых систем

водоснабжения промышленные сточные воды подвергаются очистке

механическими, химическими, физико-химическими, биологически-

ми и термическими методами до необходимого качества, зависящего

от вида производства. Классификация методов очистки приведена

на рис. II-3.

Указанные методы очистки подразделяются на;

реку

перацион-

ные и деструктивные. Рекуперационные методы предусматривают

извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку- всех ценных

веществ. В деструктивных методах вещества, загрязняющие воды,

подвергаются разрушению путем окисления или восстановления.

Продукты разрушения удаляются из воды в виде газов или осадков.

Выбор метода очистки и конструктивное оформление процесса