Оборотное водоснабжение

Что такое оборотное водоснабжение

Оборотное водоснабжение – это система обеспечения водой нужд производственного предприятия, при которой использованная вода после соответствующей подготовки подаётся повторно. Оборотное водоснабжение или водооборотный цикл представляет собой замкнутую систему, состоящую из различного технологического оборудования, соединённого трубопроводами.

Вода достаточно дорогой ресурс, её доставка на предприятие также требует определённых затрат. Поэтому для экономии средств предприятия имеет смысл использовать воду повторно. После использования и прохождение через оборудование вода, как правило, меняет свои свойства, может загрязняется продуктами производства. Сброс такой воды негативно влияет на окружающую среду, что в свою очередь может повлечь санкции со стороны контролирующих органов в области экологии.

Использование системы оборотного водоснабжения

Чаще всего вода используется как теплоноситель для нагрева или охлаждения оборудования. Также оборотное водоснабжение используется в гальванике, в горнодобывающей промышленности, ТЭЦ, в пищевом производстве и др.

Сферы применения:

• Транспортировка нефти и ее переработка
• Металлургическая и горнодобывающая отрасли
• Химическая и нефтехимическая промышленность
• Тепловые и атомные электростанции
• Лакокрасочная и целлюлозно-бумажная промышленность
• Машиностроение
• Сфера обслуживания автомобильного и железнодорожного транспорта
• Пищевые и перерабатывающие сельхозпродукцию предприятия

Как указывалось выше, после прохождения воды через оборудование, она, как правило, загрязняется продуктами производства, поэтому перед повторным использование воду необходимо подготовить (произвести водоподготовку). В зависимости от характера загрязнений используют различные способы водоподготовки - отстаивание, фильтрация, добавление реагентов, охлаждение, продувка.

Фильтрация используется для очистки воды от механических загрязнений. Очень часто используется боковая фильтрация, когда фильтруется не весь поток воды, а его часть, при этом поддерживается допустимая концентрация примесей. В случае выхода из строя фильтра такая система позволяет какое-то время продолжать рабочий процесс, до замены фильтрующего элемента. Также для механической очистки воды применяются резервуары-отстойники.

Для очистки воды от растворённых примесей используется химическая очистка воды. Так, для декарбонизации жёсткой воды во избежание соляных отложений используют различные кислоты, для уменьшения коррозии трубопроводов и оборудования добавляют ингибиторы коррозии. Если вода подвергается аэрации и в ней содержится большое количество биологических веществ, то оборудование и трубопроводы могут быть подвержены биологическим обрастаниям. Для предотвращения этого воду хлорируют.

Также для снижения концентрации растворённых загрязнений применяют продувку. Продувка - это добавление в систему оборотного водоснабжения чистой воды. В зависимости от технологических процессов, например, при гальванике воду очищают выпариванием и осмосом.

Во время технологического процесса часть воды может теряться в результате испарений и капельного уноса; для компенсации этих потерь в схеме оборотного водоснабжения предусматривается подпитка.

Все перечисленные способы водоподготовки направлены на достижения воды нужного качества. Таким образом, система оборотного водоснабжения позволяет поддерживать длительное время состав циркулирующей воды.

Градирня оборотного водоснабжения

Один из видов использования оборотного водоснабжения - охлаждение оборудования, работа которого сопровождается большим выделением теплоты. Для охлаждения оборотной воды используется градирня. Принцип работы градирни основан на охлаждении воды от соприкосновения с атмосферным воздухом прокачиваемом через градирню, и за счёт испарения. Параметры атмосферного воздуха с течением года постоянно меняются, а значит меняется температура охлаждаемой воды. Как поддержать температуру оборотной воды при таких обстоятельствах? Охлаждение воды зависит от объёма прокачиваемого воздуха через градирню. При понижении температуры объём прокачиваемого воздуха уменьшается и на оборот при повышении температуры увеличиваем количество воздуха. Это можно делать вручную, отключая вентилятор градирни, но целесообразнее это делать с помощью автоматической системы управления, которая меняет скорость вращения двигателя и поддерживает заданную температуру воды. Это позволяет предприятию экономить на потреблении электроэнергии.

Проектирование оборотного водоснабжения 

Оборотное водоснабжение является оптимальным решением для предприятий, которые используют воду в технологическом цикле.

Оборотное водоснабжение позволяет значительно экономить потребляемую жидкость, а вместе с этим и денежные средства предприятия. Для его более эффективного использования необходимо проектное решение.

Параметры для качественного проектирования оборотного водоснабжения 

Для качественного проектирования необходимо знать следующие параметры:

1. Технологические особенности предприятия, где будет происходить строительство оборотного цикла
2. Какое должно быть давление жидкости внутри трубопроводов
3. Какое будет качество жидкости в оборотном водоснабжении
4. Температурный режим водооборотного цикла
5. Генплан с обозначенными на нем потребителями жидкости

Система оборотного водоснабжения должна быть спроектирована таким образом, чтобы жидкость отводилась от потребителей без разрыва струи. При этом насосное оборудование должно быть нужного напора, чтобы осуществить подачу охлаждаемой жидкости до охладителей.

Также при проектировании оборотного водоснабжения необходимо учесть и требования к жидкости, используемой в ней:

• Жидкость не должна способствовать коррозии внутри трубопроводов
• Жидкость не должна вызывать биологические обрастания

В случае, если жидкость не отвечает требованиям физико-химических свойств, то необходимо включить в оборотный цикл комплекс реагентной установки. Данный комплекс, как правило, входит в состав системы подпитки, которая в свою очередь восполняет потери жидкости в процессе её охлаждения в водооборотном цикле.

Процесс проектирования оборотного водоснабжения довольно сложен, поэтому для его реализации необходимо выбирать компанию с большим опытом в данной сфере, а еще лучше, если это компания способна собственными силами реализовать данный проект.

Схемы работы системы оборотного водоснабжения

Выбор технологической схемы оборотного водоснабжения зависит от сферы применения оборотной воды. Основные схемы:

• без промежуточной обработки воды
• с промежуточной обработкой

В первом случае оборотная вода является теплоносителем или охладителем. Применяются эти системы на тепловых и атомных электростанциях для охлаждения турбин и дальнейшего преобразования пара в жидкое состояние с последующим применением воды. Для этого строят вспомогательное оборудование – брызгальные бассейны и градирни.

Оборотное водоснабжение с промежуточной обработкой используется на нефтехимических, машиностроительных, лакокрасочных предприятиях. Здесь предусматривается несколько стадий очистки воды. Применяется механическая очистка от твердых частиц с помощью песколовок и процессов отстаивания в  специальных резервуарах, используется метод коагуляции с применением флотаторов. Также включаются в работу нефтеуловители для удаления масел, жиров, нефтепродуктов при промывке деталей, узлов и агрегатов.

Широкое применение оборотное водоснабжение стало получать на автомойках и автосервисах, поскольку существуют жесткие требования по сливу сточных вод в систему канализации. Оборотную воду на автомойках очищают с помощью отстойников, песколовок, систем коагуляторов и фильтров доочистки.

Преимущества оборотных систем

• Снижение потребления воды в промышленных масштабах. При установке комплексов оборотной системы можно добиться снижения водопотребления на 80-90%
• Значительное снижение загрязнения сточных вод и отсутствие попадания вредных выбросов в канализацию, что предотвращает нанесение непоправимого вреда окружающей среде и уплату высоких штрафов за негативное воздействие, предусмотренных законодательством
• Увеличение срока службы технологического оборудования благодаря очистке оборотной воды, защищающей от кальциевых и биологических наростов. Таким образом происходит оптимизация производственных процессов, поскольку отсутствуют срывы в работе оборудования
• Существует возможность последующего применения ценных компонентов, попадающих в воду, для повторного использования в производственных нуждах
• Не требуется установка дорогостоящего насосного оборудования, дополнительной очистки воды как при использовании забороной воды

Оборудование для оборотного водоснабжения

Нижем опишем элементы, которые входят в систему оборотного водоснабжения.

Электрофлотационный модуль

Является одним из основных технологических составляющих элементов в системе оборотного водоснабжения. Принцип работы состоит  в использовании электролитических газов, которые появляются при гидролизе воды. Флотационный эффект позволяет достигать высокий процент очистки стоков:

• фосфаты и гидроксиды тяжелых металлов – до 98%
• нефтепродуктов – от 65 до 92%
• поверхностно-активные вещества – до 75%
• взвешенные вещества – до 98%

Малые габариты электрофлотационных установок никак не влияют на их производительность. Это упрощает общую технологическую схему очистки воды, делает процессы высоко автоматизированными.

Также большим преимуществом применения электрофлотации является практически сухой осадок, поэтому его легко обезводить, используя фильтр-пресс. Кроме того, положительные моменты применения электрофлотации:

• понижается мутность воды и концентрация бактерий и микроорганизмов
• снижается химическое потребление кислорода (ХПК)
• уменьшается нагрузка на установки фильтрации и продлевается срок службы мембран

Оборудование ультра- и микрофильтрации в оборотной системе является промежуточным узлом. Оно удаляет высокомолекулярные органические вещества. Далее вода попадает на установку обратного осмоса.

Установка обратного осмоса

Если внедрить установку обратного осмоса, то можно параллельно вести несколько процессов: очищать воду от растворенных в ней анионов и катионов, а также органических низкомолекулярных соединений и иных примесей. Принцип действия установки заключается в работе полупроницаемой мембраны, которая пропускает воду, а примеси и частицы, которые в ней находятся, задерживает.

Задачи, которые решает обратноосмотическая установка:

• существенное снижение (до 80%) содержание солей в сточных водах дает возможность сэкономить на мощности выпарного аппарата и уменьшить объем потребляемой электроэнергии
• убрать соль из стоков, что позволит повторно использовать эти воды в промышленных целях

Вакуумная выпарная установка

Чтобы провести концентрирование жидких отходов проводят выпаривание – раствор доводят до кипения, что помогает частично удалить растворитель.

Полученные в процессе вакуумного выпаривания твердые отходы и концентраты гораздо легче и дешевле транспортировать, хранить и в дальнейшем переработать.

Солевой раствор, полученный на установке обратного осмоса, при выпаривании образует дистиллят, который по своим  свойствам соответствует дистиллированной воде. Данный дистиллят можно применить в дальнейшем на разных производственных процессах.

Как внедрить систему оборотного водоснабжения на производство?

Первый этап внедрения  - анализ технологии производства и экологический аудит, который может обнаружить возможные источники заражения окружающей среды и сократить потребление воды.

Далее создают проект, в который входит установка оборотной системы водоснабжения и организация малоотходного или вовсе безотходного производственного процесса.

Чтобы решить проблему с тратой чистой воды требуется комплексный подход. Для процессов, задействующих высокий уровень расходы воды, требуется устанавливать обоснованные нормы потребления и требования к качеству оборотной воды. Кроме того, сточные воды подразделяются по типу загрязняющего вещества, и для каждого потока может понадобиться отдельная установка фильтрационная установка.

Оборудование, необходимое для организации оборотного водоснабжения, подбирается в зависимости от типа производственного процесса. К примеру, для автомойки такая система будет состоять из:

• накопительной ёмкости с датчиком уровня жидкости
• насоса для подачи сточных вод
• двухсекционного реактора с насосом-дозатором и компрессором для смешивания воды с коагулянтом (раствором сульфата алюминия)
• флотатора с мембраной для фильтрации (для извлечения ПАВ и нефтепродуктов)
• сборника шлама
• ещё одной накопительной ёмкостью с фильтром грубой очистки и насосом для транспортировки жидкости
• бака для полностью очищенной воды

Конечно, руководство предприятия заинтересует вопрос стоимости такой системы. Для каждого случая цена вопроса будет индивидуальной и зависеть от особенностей производственного процесса и его масштаба.