Системы водоснабжения и водоподготовки

Системой технического водоснабжения называется комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающий забор природной воды из источника, её очистку, охлаждение; специальную очистку, транспортировку и подачу потребителям, а также сооружения, оборудования и установки, необходимые для приёма отработавшей воды и подготовки её для повторного использования.

По принципу организации различают прямоточные, с последовательным использованием воды, оборотные и каскадные бессточные схемы водоснабжения.

Использование технической воды на предприятии может быть разделено на две категории:

1. Возвратное - с возвращением всей использованной воды или ее большей части, за исключением потерь, в систему водоснабжения. Эта вода после соответствующей обработки может быть использована повторно.

2. Безвозвратное, когда вода полностью переходит в получаемый продукт.

Потребителей технической воды можно разделить на несколько групп. Для технических нужд используется вода из поверхностных источников. Подземные воды разрешается использовать только при необходимости обеспечения технологических процессов водой с температурой до 15 С⁰ и наличии запасов подземных вод, достаточных, как для хозяйственно-питьевых, так и для технических процессов.

Таблица 4

Классификация потребителей технической воды

Тип потребления	Обозначение	Характеристика
Возвратное	П1	Потребители, нагревающие воду. Обычно вода в этом случае используется в системах охлаждения оборудования. Это 70…85% оборотной воды
П2	Потребители, загрязняющие воду, например при промывке трубопроводов, сырья или продукции, гидро-транспорте сырья
П3	Потребители, одновременно и загрязняющие, и нагревающие воду. Использование воды аналогично потребителям П2, но вода контактирует с горячим оборудованием или материалом. Расход воды для потребителей П2 и П3 составляет 5…12% оборотной воды предприятия
Безвозвратное	П4	Использование воды на производство пара. Характеризуется повышенными требованиями к чистоте воды
П5	Использование в качестве добавки в сырье или продукцию, например на приготовление шлама, грануляцию кокса

Устройства и сооружения, входящие систему технического водоснабжения, представлены в следующей таблице.

Таблица 5

Устройства системы технического водоснабжения

Обозначение	Название	Назначение и характеристика
ВЗ	Водозаборное сооружение	Отбор воды из природного источника (открытого водоема, артезианской скважины)
Н1	Насосная станция первого подъема	Перекачка воды из природного источника в очистные сооружения или непосредственно в сеть или накопительные емкости
Н2	Насосная станция второго подъема	Подача очищенной воды из накопительных емкостей потребителям
НЦ	Циркуляционная (оборотная) насосная станция	Перекачка воды в оборотных системах водоснабжения
НП	Повысительная насосная станция	Повышение напора в протяженных сетях или создание необходимого давления перед технологическими аппаратами
Р	Резервуар (наполнительные емкости)	Накопление избыточной воды в условиях ее переменного потребления, создание резервного запаса на случай аварии или перебоев в работе очистительных сооружений и насосной станции первого подъема
ОПВ	Станция очистки природной воды	Удаление механических примесей и взвесей
ОСВ	Станция очистки использованной (сточной) воды	Очистка сбросовых вод – удаление из воды механических примесей и взвесей, масла, кислоты, органических веществ, которыми загрязняется вода после ее использования на предприятии
ХВО	Станция химводоочистки	Снижение жесткости воды, подаваемой в котлы и парогенераторы
Охл	Устройство для охлаждения оборотной воды	Снижение температуры горячей воды до температуры, близкой к температуре окружающей среды

 

Повысительные насосы - это один из самых важных элементов системы водоснабжения. Повысительные насосные станции позволяют осуществлять автоматическое повышение напора в водопроводной сети. Повысительныенасосные станции состоят из напорного бака, многоступенчатого самовсасывающего насоса, способного подавать воду с глубины и реле давления. Для повышения давления при перекачивании воды в гидравлической системе из водопроводной сети или накопительных емкостей повысительные насосные станции подходят идеально.

От 70% до 85% воды используется на предприятиях как хладоноситель, охлаждающий различную продукцию в теплообменниках или же защищающий различные элементы установок и машин от нагрева. Эта вода в процессе нагревается, но не загрязняется.

От 5% до 12% технической воды используется в качестве среды, отмывающей продукцию или сырьё от примесей, или же в качестве транспортирующей среды. Эта вода в процессе использования загрязняется примесями материалов и сырья и нагревается, если материалы, с которыми она контактирует, имеют высокую температуру.

От 10% до 20% технической воды теряется за счёт испарения (при грануляции жидких шлаков и т. п.) или входит в состав произведённой продукции (пар, сахар, хлеб и т. д.)

В зависимости от изменения качества воды в процессе её использования схемы оборотного водоснабжения подразделяются на "чистые" циклы для воды, которая при использовании только нагревается; "грязные" циклы для воды, которая при использовании только загрязняется.

Объединение локальных схем водоснабжения в единую систему с каскадным использованием воды открывает возможности для снижения потребления свежей воды и создания бессточных систем водоснабжения предприятия. В этих системах продувочная вода "чистых" циклов используется для подпитки "грязных" циклов и сокращает потребление ими свежей воды. Если продувка "чистых" циклов превышает оборот "грязных" циклов в свежей воде, то её избыток может отправляться на ХВО для умягчения и использования её в котлах и аналогичных установках, безвозвратно потребляющих воду. Продувочную воду "грязных" циклов следует использовать для грануляции шлаков, тушения кокса и аналогичных нужд безвозвратного водопотребления.

Потребление воды в промышленности характеризуется большими объемами, поэтому важной задачей является снижение расходов воды, отбираемой из природного источника и сточной воды, сбрасываемой в окружающую среду. Поэтому используют каскадное потребление - когда одна и та же вода последовательно используется несколькими потребителями, и оборотное потребление - когда вода после необходимой очистки и охлаждения повторно используется одним и тем же потребителем.

В соответствии со способами повторного использования воды системы водоснабжения разделяются на четыре группы:

1. Прямоточная схема - после использования вода сбрасывается в окружающую среду.

2. Последовательная каскадная схема - после потребителей П2 чистая нагретая вода идет на производство пара и потребителям, безразличным к температуре поступающей воды, затем сбрасывается в окружающую среду.

Рис.10.Прямоточная схема водоснабжения

Рис. 11.Последовательная каскадная схема

 

3. Оборотная схема - после использования вода очищается и охлаждается, затем используется повторно. Водозабор осуществляется только для восполнения необратимых потерь (испарение, потери при транспортировке) и для продувки системы. Продувкой называется разбавление оборотной воды свежей для снижения концентрации вредных примесей. В устройствах охлаждения вода испаряется, а нелетучие примеси остаются в оборотной воде. Это приводит к постепенному повышению жесткости воды и концентрации примесей. Поэтому в оборотную воду необходимо добавлять свежую в количестве, снижающем содержание примесей до допустимых пределов, а соответствующий объем лишней воды удалять из цикла.

4. Оборотная каскадная схема. В ней отдельные циклы объединяются, а продувочная вода не сбрасывается, а используется другими потребителями. В системе отсутствует сброс воды, а из окружающей среды вода берется только для безвозвратного использования и воспроизведения потерь.

Рис.12. Оборотная схема водоснабжения

Рис.13. Оборотная каскадная схема водоснабжения

 

Разработка бессточных схем водоснабжения промышленных предприятий и комплексов становится основным направлением в решении задач предотвращения загрязнения водоёмов и экономного расходования свежей воды.

Особое внимание при выборе систем технического водоснабжения на крупных промышленных предприятий необходимо обращать на сочетание локальных и общезаводских систем, на объединение их с целью повторного использования стоков, так как использование очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения является центральным вопросом общей проблемы перевода предприятий на бессточный режим.

В сточных водах могут содержаться шламы, кислоты, масла, органические и ПА вещества и т.п. Наиболее целесообразно проводить очистку стоков от специфических загрязнений данной установки или производства, а затем - централизованную от общих для большинства установок загрязнений.

Очистку от механических примесей природных и сточных вод осуществляют в специальных сооружениях для осветления воды.

В системах технического водоснабжения в качестве первой ступени осветления используются горизонтальные и радиальные отстойники, гидроциклоны, крупнозернистые фильтры, очищающие воду от частиц определённой крупности. При необходимости очистки воды и от мелкодисперсной взвеси используются в качестве второй ступени осветители и фильтры.

Горизонтальные отстойники - железобетонные прямоугольные бассейны воды. Для выравнивания потоков в бассейнах через 5-6 м вертикальные продольные перегородки. Удаление осадка гидравлическое или механическое. Глубина горизонтального отстойника 1,5 - 3 м.

Радиальные отстойники - круглые бассейны. Вода через водораспределительный полый дырчатый цилиндр 4 - 8 м, размещённый в центре, поступает в бассейн и движется к его периферии и сливается в щели.