6.2. Оборотное водоснабжение

Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды — это создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения. Схемы оборотного водоснабжения показаны на рис. П-2. При обо­ротном водоснабжении следует предусмотреть необходимую очист­ку сточной воды, охлаждение оборотной воды, обработку и повтор­ное использование сточной воды.

В схеме а вода является теплоносителем и в процессе использо­вания не загрязняется, а нагревается; перед повторным использова­нием ее охлаждают в градирнях, прудах. В схеме б воду перед по­вторным использованием очищают изложенными ниже методами. В схеме в воду очищают и охлаждают. Во всех случаях свежая вода добавляется лишь на восполнение потерь.

Применение оборотного водоснабжения позволяет в 10-50 раз уменьшить потребление природной воды. Например, для выработки 1 т каучука при прямоточном водоснабжении в старых производ­ствах требуется 2100 м³ свежей воды, а при оборотном водоснабже­нии — лишь 165 м³. При оборотном водоснабжении значительно уменьшаются капитальные и эксплуатационные затраты. Во всех отраслях промышленности доля оборотной воды непрерывно возра­стает. Так, в химической промышленности она возросла до 82,5%. Эффективность использования воды в производстве оценивается рядом показателей: процент оборота воды

P_oб = Q_об / (Q_об + Q_и). (II-1)

коэффициент использования воды

кратность использования воды

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

где Q_об — количество оборотной воды, м³/ч; Q_И — количество воды, забираемое из источника водоснабжения, м³/ч; Q_c6—количестю воды, сбрасываемое предприятием, м³/ч; Q_c— поступление воды из сы­рья, м³/ч.

Оборотная вода должна соответствовать определенным значени­ям показателей: карбонатной жесткости, рН, содержанию взвешен­ных веществ и биогенных элементов, значению ХПК (химическая потребность в кислороде), определяющих термостабильность и ин­тенсивность биообрастаний в оборотной системе и др.

Оборотную воду в основном используют в теплообменной аппа­ратуре для отведения избыточного тепла. Она многократно нагрева­ется до 40-45 °С и охлаждается в вентилируемых градирнях или брызгальных бассейнах. Значительная часть ее теряется в результате брызгоуноса и испарения. Кроме того, из-за неисправностей и не­плотностей теплообменной аппаратуры она загрязняется до опреде­ленного предела.

Для предотвращения инкрустации, коррозии, биологического об­растания 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:

Растворимость карбоната кальция с ростом температуры умень­шается. Скорость отложения карбоната кальция и других солей не должна превышать 0,25 г/(м³*ч). Основным требованием к воде, рас­ходуемой на подпитку' оборотных систем, является ограничение и карбонатной, и сульфатной жесткости. Ограничивается также содер­жание 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, которая растет с температурой. В отсутствие ингибиторов содержа­ние солей в оборотной воде не должно превышать 2 кг/м³.

Таблица II. I.

Требования к качеству воды в охлаждающей системе

оборотного водоснабжения

Показатель	Рекомендуемые нормы для промыш­ленности
	азотной	хлорной	нефтехими­ческой
Температура, °С	28—30	25—30	До 28
Жесткость, экв/м3:
Общая	1,5—2,5	5,5	До 15
Карбонатная	1,5—2,5	3	До 2,5
Общее солесодержание, г/м3	1200	800—1200
Щелочность, экв/м3	—	2—4	3,5-4
Окисляемость перманганатная (на О2), г/м3	15	8—10	До 15
ХПК(наО2), г/м3	—	70
Содержание, г/м3:
Взвешенных частиц	20—30	10—20	До 30
Масла и смолообразующих веществ	0,3	0	—
ПАВ	0	0	—
Хлоридов (Сl-)	До 350	150—300	350
Сульфатов (SO42- )	500	350—500	500
Фосфатов (на РО43-)	6	1,5—9	—
Соединений азота (на NH3)	2,4	,0,12—2,4	—
Ионов тяжелых металлов	—	0	0,5
Растворенного кислорода (на О2)	—	6—8	—
Остаточного активного хлора	—	До 1,0	—
pН	6,5-8,5	6,5-8,5	7-8,5

Для предотвращения биологического обрастания аппаратов и со­оружений 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/(м³*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 ма­териального баланса оборотной системы:

Таблица 11.2.

Требования к качеству воды для подпитки теплообменных систем обо­ротного водоснабжения в химической промышленности

Показатель	Оборотная вода	Подпитывающая вода
		при работе со сбросом 8% воды (с продувкой)	при работе без сброса (замкнутый цикл)
Жесткость, экв/м3:
Карбонатная	2,5	2	0,9
Постоянная	5	4	1,9
Общее солесодержание, г/м3	1200	900	445
Окисляемость перманганатная (на Ог), г/м3	8—15	11,8—12,8	3-5,7
ХПК (на 02), г/м3	70	55	26
Содержание, г/m3:
Хлоридов (С1-)	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

где Q_ун — количество воды, уносимой в виде капель ветром на гра­дирнях; Q_сб — количество оборотной воды, сбрасываемой для "про­дувки"; Q_ф — потери воды с осадками при фильтровании; Q_пр.п — производственные потери воды; Q_исп — количество воды, испаряю­щейся на градирне; Q_п — расход подпитывающей воды на компенса­цию всех потерь оборотной воды в системе.

Допустимое содержание солей в подпитывающей воде определя­ется из материального баланса по солям:

где с — содержание солей в подпитывающей воде; с_об — общее со­держание солей, удаляемое из системы с потерями воды.

Средние потери воды от испарения составляют около 2,5%; от капельного уноса на градирнях — 0,3-0,5%; продувочный сброс при­нимается 6-10%, в среднем 8%; сумма всех остальных потерь при­нимается 1 % от объема оборотной воды.

Таблица II.3.

Удельные расходы воды и объемы сточных вод для некоторых производств химической и нефтехимической промышленности (в м³ на 1 т продукции)

Вид продукции	Оборотная и последова­тельно исполь­зуемая вода	Свежая вода из источ­ника	Всего	Безвозв­ратное по­требление и потери воды	Сточная вода
Сложные удобрения	47	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:
Кальциниро­ванная	120	5	125	3	15,2
Каустическая (известковый способ)	122	1,5	123,5	1,5	0
Серная кислота	72	5	77	2	3
Синтетические волокна	2300	290	2590	95	195
Поликарбонатные и по­лиформальдегидные смолы	1028	50	1078	39	11
Нефтехимические про­изводства (на 1 т нефти)	51	1,4	52,4	1,1	0,3

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 качеству воды, что свя­зано с увеличением затрат на водоподготовку. Удельные расходы воды и количества сточных вод для некоторых производств приведены в табл. 11.З.