книги / Оборотное водоснабжение химических предприятий

ся 0,1 — 25 мг/л, в некоторых случаях до 500 мг/л для закрытых оборотных систем бумажных фабрик (0,1— 2 кг на 1 г бумажной пульпы). Эти альгициды вводят в воду при помощи дизельного насоса небольшой мощности, а также опрыскивателем (давле­ ние 5— 6 атм). При этом образуется молочного вида эмульсия с концентрацией препарата до 0,03% по объему. Кроме бенохлора, для уничтожения водной растительности используются аромати­ ческие растворители, являющиеся продуктами перегонки камен­ ноугольной смолы или перегонки нефти.

Указанные химические вещества могут применяться лишь в ог­ раниченных масштабах, так как многие из них ядовиты для че­ ловека, домашних животных и для получения эффективных ре­ зультатов необходим расход их в больших количествах. В связи с этим внимание исследователей привлекли химические вещест­ ва, обладающие гербицидными свойствами, но в то же время не вызывающие гибели рыб и малотоксичные по отношению к человеку и домашним животным.

Во Франции предложен метод борьбы с «цветением» воды пу­ тем дозировки тиоцианата моногалогенметила, отвечающего формуле X— СН2— SCN, где X — хлор, бром, иод или фтор. Пре­ парат применяется в виде порошка либо в жидком или газооб­ разном виде в дозах 0,25— 30 мг/л в зависимости от вида бакте­ рий или водорослей.

В СССР для борьбы с разрастанием в водоемах высших ра­ стений был применен монурон; были проведены комплексные ис­ следования альгицидной активности этого препарата, показана его эффективность по отношению к планктонным и к бентонным формам водорослей, в том числе и сине-зеленым.

Из сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение», наибо­ лее быстро и легко подавляется развитие Aphanizomenon и АпаЬаепа, труднее — Microcystis, хуже — Oscillatoria planctonica, видимо, вовсе не подавляются Merismopedia.

При доминировании в планктоне зрелых ослизненных колоний микроцистиса, особенно при высокой концентрации их и, следо­ вательно, при значительной биомассе применение монурона неоправдано.

Отрицательные последствия введения монурона в водоем про­ являются прежде всего в уменьшении содержания кислорода в воде, и даже в полном его'исчезновении. Кроме того, в период особенно бурного отмирания сине-зеленых водорослей наблюда­ ется выделение углекислоты.

Всвязи с тем, что большинство органических альгицидов и гербицидов являются токсичными для теплокровных и зоофауны, поиски новых систем были продолжен^ среди других классов соединений. В последние годы привлекает внимание использо­ вание альгицидных свойств солей аммония.

Впромышленных водоемах и в оборотных системах водоснаб­ жения до последнего времени наиболее распространенным и эф-

фективиым средством для устранения биообрастания была обра­ ботка воды хлором и медным купоросом.

Хлорирование оборотной воды осуществляется для борьбы с развитием бактерий в теплообменных аппаратах, трубопроводах и градирнях. Производится оно периодически заданными дозами хлора, вводимыми в оборотную воду без выключения из работы теплообменных аппаратов. Дозы хлора назначаются 4— 10 мг/л с учетом хлорпоглощаемости воды, они должны обеспечить оста­ точное содержание хлора 0,5— 1,0 мг/л на выходе из последних точек сети водопровода.

Периодичность хлорирования определяется по интенсивности развития микроорганизмов в воде соответственно условиям дан­ ного производства.

Если обрастания образуются микроорганизмами, отличающи­ мися быстрыми темпами роста, продолжительность периода хлорподачи составляет 5— 15 мин, а интервалы между ними—■ 45—55 мин.

Хлорирование охлаждающей воды производится только после предварительной тщательной очистки аппаратов от загрязнений.

Во вновь проектируемых системах оборотного водоснабжения для расчета хлораторных установок дозу хлора Дхл следует устанавливать на основе опыта эксплуатации аналогичных си­ стем на воде данного источника водоснабжения. При отсутствии такого опыта дозу хлора следует определять по формуле, при­ веденной в СНиП П-Г 3— 70,

где

ды на капельный унос, из охладителя, проц. от (20ХЛ ; рз —■рас­ ход воды на продувку и отбор на технологические нужды, проц.

ОТ QOXJI*

Если доза хлора, определенная по приведенной выше форму­ ле, оказывается меньше 5 мг/л, то для расчета хлораторов дозу следует принять равной 5 мг/л.

Хлорпоглощаемость воды определяется по ГОСТ 2919—-45 с учетом продолжительности контакта хлора с водой, равной вре­ мени прохождения воды Тх.п от насосной станции до наиболее удаленного теплообменного аппарата.

где W — объем воды в системе по пути движения к наиболее удаленному теплообменному аппарату, включая трубопроводы и резервуары, м3; Q0XJl — расход охлаждающей оборотной воды,

мг/ч.

Хлораторы следует рассчитывать на непрерывную работу. Рас­ твор хлора в промежутках между периодами хлорирования необ­ ходимо хранить в баках.

Емкость бака для раствора хлора (хлорной воды) определя­ ется по формуле

лее 2%; ухл — объемный вес раствора хлора, равный примерно 1 т/м3.

Производительность хлораторов при наличии баков для на­

где п — число периодов обработки воды хлором в течение суток. Для борьбы с развитием микроорганизмов в теплообменных системах применяют и другие окислители. За рубежом использу­ ют для этих целей двуокись хлора, перманганат калия и другие

реагенты.

В последнее время в связи с удешевлением электроэнергии* усовершенствованием озонаторной аппаратуры и технологии применения озона, внедрения автоматизации и чувствительных методов контроля для борьбы с биологическими обрастаниями все шире применяется озонирование воды. Применение озона имеет преимущества перед хлорированием: введение озона в во­ ду не связано с образованием побочных примесей, время распа­ да озона ограничено минутами, а действие его на биологические компоненты обрастания в 15—20 раз сильнее хлора.

При длительной эксплуатации озонаторной установки не во­ зникало инцидентов санитарного характера [35]. Даже в наи­ более старых трубопроводах после озонирования воды не наблю­ далось, роста бактерий и коррозия металла не превышала обыч­ ных размеров, а в ряде случаев была даже ниже, чем при хло­ рировании.

На устранение микровод'орослей и простейших озон оказыва­ ет большее воздействие, чем хлор: 15 мг/л озона за 3 мин. разру­ шает некоторые виды простейших организмов, устойчивых к кон­ центрации хлора в воде 250 мг/л. Результаты озонирования по­ казали, что водоросли погибали при дозе озона 0,5— 1 мг/л; ли­ чинки моллюска дрейсены — при дозе 3 мг/л. До 80% взрослых форм дрейсены погибали при 30-минутном контакте и дозе

2,2 мг/л 0 3. Для полной гибели таких представителей зоопланк­ тона, как циклопы, олигохеты, дафнии, коловратки, требуется озона 2 мг/л.

Для предотвращения обрастания водорослями трубопроводов, холодильников и охладительных сооружений (градирен, брызгальных бассейнов и прудов-охладителей оборотной воды) реко­ мендуется также применять купоросование воды, т.е. растворе­ ние в ней в небольших дозах сульфата меди. Купоросованием подавляется развитие железобактерий (0,3—0,5 мг/л), серобак­ терий (до 5 мг/л), ракушек — мидий и мшанок (0,1—0,3 мг/л).

Обработка воды медным купоросом может производиться пе­ риодически 2—4 раза в месяц, продолжительностью 30—60 мин, 4—6 мг/л (1— 1,5 мг/л в пересчете на Си2+). Медный купорос вводится в воду перед ее поступлением на градирни в виде 2— 5% раствора, приготовляемого в специальном растворном баке.

Емкость бака для приготовления раствора медного купороса следует определять по формуле

расход обрабатываемой воды, м3/ч\ Т — количество часов, на ко­ торое заготавливается раствор; С — концентрация раствора (принимается 2— 4% по иону меди); у — объемный вес раствора (примерно 1 т/м3).

СНиП П-Г. 3— 70 рекомендует для борьбы с биологическими обрастаниями градирен, брызгальных бассейнов и оросительных холодильников, развивающимися одновременно с обрастанием водорослями, наряду с купоросованием применять также допол­ нительное периодическое хлорирование воды перед поступлением ее на сооружения. Дозу хлора для расчета хлораторов следует принимать в этом случае 7— 10 мг/л. Периодичность обработки воды хлором 3—4 раза в месяц, продолжительность каждой об­ работки 1 ч. Дополнительную обработку воды хлором следует производить одновременно или вслед за обработкой ее раство­ ром медного купороса.

Борьбу с биологическими обрастаниями можно вести и дру­ гими методами — термической обработкой воды путем повыше­ ния температуры воды в теплообменниках до 45—50° в течение

Механические отложения и некоторые виды обрастаний гидро­ биологического происхождения могут быть удалены со стенок труб и холодильников промывкой, совместной промывкой и про­ дувкой воздухом либо механическим путем. Промывку ведут

той же водой, которая постоянно циркулирует в системе, при скоростях движения, в 2,5—4 раза превышающих нормальную скорость циркуляции воды. Очистка поверхностей осуществля­ ется пружинными ножами и скребками, а также деревянными или резиновыми щурами, транспортируемыми по трубопроводу под давлением водьь Иногда механическую очистку поверхно­ стей дополняют химической обработкой воды с целью снижения интенсивности образования дальнейших отложений. В послед­ ние годы для борьбы с биологическими обрастаниями также на­ шел некоторое применение метод борьбы с помощью гидро­ электрического эффекта. Минимальная энергия электрического разряда, при которой существенно уменьшается обрастание во­ доводов, 1000 дж.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

ПОЛНОСТЬЮ ЗАМКНУТЫЕ СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ.

ПУТИ с о к ра щ е н и я п о т р е б л е н и я с в е ж е й в о д ы .

ВОЗВРАТ ПРОДУВОЧНЫХ СБРОСОВ

Объем сбрасываемых вод зависит от накопления в них минеральных солей в процессе упаривания и потери стабильно­ сти воды, вызванной нарушением углекислотного равновесия. Поэтому сокращение сброса воды при продувке теплообменных систем требует кондиционирования ее в технологическом цикле путем удаления соединений, способных вызвать инкрустацию или коррозию труб, и соответствующего корректирования минераль­ ного состава воды, используемой для подпитки оборотных оистем водоснабжения.

При оценке пригодности воды для оборотного водоснабжения основную роль играют данные, полученные при эксперименталь­ ном исследовании поведения воды, либо данные эксплуатации аналогичных систем. При этом технологические схемы обработ­ ки оборотной и подпитывающей воды должны максимально учитывать конкретные условия водооборота и характер загряз­ нений, свойственные отдельным отраслям промышленности или даже отдельным производствам.

Существенное сокращение или полное прекращение сброса воды при продувке оборотных систем может быть достигнуто лишь в результате частичного обессоливания, и в первую оче­ редь, умягчения подпитывающей воды. В последнем случае не­ обходим вывод части оборотной воды из систем, если повышение солесодержания при упаривании не компенсируется величиной капельного уноса воды, охлаждаемой на градирнях или в брызгальных бассейнах. Поскольку величина такого уноса обычно составляет около 0,5%, без сброса продувочных вод могут рабо­ тать такие системы, которые подпитываются умягченными или гидрокарбонатными водами с общим низким солесодержанием. При более высоком содержании солей в подпитывающей воде (хлоридов и сульфатов) замыкание оборотных систем возможно лишь при частичном обессоливании воды либо продувочных сбросов путем Н-катионирования и ОН-анионирования с после­ дующим возвратом их в цикл. Воды продувок при этом должны также освобождаться от взвесей до величины, поддерживаемой в оборотной воде.

Корректирование ионного состава продувочных сбросов в большинстве случаев более экономично, чем обессоливание под­ питывающей воды, поскольку объем воды, выводимой из систе­ мы при продувке, всегда меньше объема подпитывающей воды.

Методы обработки воды, выводимой при продувке, зависят от условий конкретной отрасли промышленности. Беспродувочные полностью замкнутые оборотные системы промышленного во­ доснабжения уже предусматриваются при проектировании обо­ ротного водоснабжения предприятий синтеза аммиака и азот­ ных удобрений. Наряду с максимальным сокращением водо­ снабжения, они наиболее надежно защищают водные ресурсы от загрязнения промышленными отходами.

Следующей ступенью в создании полностью замкнутого водо­ снабжения предприятий является использование для подпитки оборотных систем мало минерализованных промышленных сточ­ ных вод и прежде всего вод, подвергавшихся биологической очистке. Такие воды дополнительно очищаются от органических загрязнений, а в некоторых случаях и от биогенных элементов (соединений азота и фосфора) и при необходимости подверга­ ются умягчению или частичному обессоливанию в соответствии с требованиями к оборотной воде.

Утилизация отработанных растворов кислот и щелочей после регенерации ионнообменных смол и сведение их расхода к мини­ муму является непременным условием осуществления ионообмен­ ной корректировки продувочных вод с использованием Н-катио- нирования на сульфостирольном катионите (например, на катионите КУ-2) и ОН-анионирования на слабоосновных аниони­ тах (смолы АН-2Ф, АН-22 и др.). Наиболее просто и экономич­ но эта задача решается в промышленности азотных удобрений.

При использовании для подпитки оборотных систем промыш­ ленных сточных вод или биологически очищенной их смеси с бытовыми сточными водами эти воды должны подвергаться дополнительной очистке с целью практически полного освобож­ дения их от органических соединений, и прежде всего от высоко­ молекулярных веществ, накапливающихся в процессе биохими­ ческого окисления исходных загрязнений. В ряде случаев доста­ точно высокий эффект освобождения биологически очищенных сточных вод от органических веществ и фосфатов, а также уменьшение их временной жесткости достигается применением коагулянтов.

В Японии для этих целей применяется хлорное железо или хлорированные железный купорос и сульфат алюминия. По составу сооружений станции подготовки сточных вод для про­ мышленного водоснабжения не отличаются от обычных водопро­ водных фильтровальных станций. В Токио созданы две такие станции мощностью 138 и 188 тыс. м*1сутки, аналогичные стан­ ции различной мощности созданы в США, Мексике и в других странах, испытывающих дефицит в воде.

При использовании очищенных сточных вод не только в обо­ ротном водоснабжении, но и для технологических нужд, вода, в зависимости от требований к ее качеству, подвергается допол­ нительной обработке. При использовании сточных вод в техноло­

гических процессах производств, например, химических волокон или в целлюлозно-бумажной промышленности вода, помимо коагулирования и фильтрования, подвергается также умягчению и деминерализации.

При использовании доочищенных коагулированием и филь­ трованием сточных вод в системах оборотного водоснабжения, где осуществляется возврат продувочных сбросов после ионо­ обменной корректировки солесодержания, необходимо продувоч­ ные сбросы очищать от органических соединений активирован­ ным углем до поступления на ионообменные фильтры, чтобы предупредить постепенное «отравление» ионообменных смол. В некоторых случаях, например, когда сточные воды использу­ ются как в системах замкнутого водоснабжения, так и для тех­ нологических нужд, целесообразно осуществлять их адсорбцион­ ную доочистку активированным углем до поступления в сеть тех­ нического водоснабжения.

При использовании активированных углей для доочистки сточ­ ных вод от органических загрязнений регенерация (или реакти­ вация) углей, как правило, достигается прокаливанием их при температуре 600—800°С в аппаратах многополочного типа либо в кипящем слое. При реактивации углей смесью продуктов сжи­ гания газообразного топлива содержание кислорода в этой сме­ си не должно превышать 0,3% [38].

Активированный уголь может применяться в установках пе­ риодического или непрерывного действия. В первом случае сточную воду фильтруют через загруженный в колонны непод­ вижный слой дробленого или гранулированного адсорбента со скоростью 5— 20 м/ч до проскока органических загрязнений в фильтрат. Борьба с преждевременным заиливанием угля осу­ ществляется периодической промывкой верхнего участка слоя.

Насыщенный загрязнениями уголь выгружают из колонн, от­ деляют от воды и загружают в многополочный реактор для тер­ мической регенерации в противотоке горячих дымовых газов или перегретого водяного пара. Регенерированный адсорбент охлаждают и вновь загружают в колонны.

Установки такого рода состоят из нескольких колонн, работа­ ющих параллельно или соединенных последовательно попарно.

В установках непрерывного действия вода поступает снизу вверх навстречу движущемуся сверху вниз слою активированно­ го угля или проходит через псевдоожиженный (взвешенный) слой дробленого угля с зернами размером до 1— 1,5 мм. В таких установках адсорбент в колонну поступает непрерывно и непре­ рывно равномерно или пульсациями выводится в эквивалентном количестве для регенерации. Регенерация осуществляется в аналогичных многополочных аппаратах непрерывного действия или в аппарате с кипящим слоем, псевдоожижение которого до­ стигается потоком регенерирующей паро-газовой смеси. Потери адсорбента в операции регенерации составляют от 5 до 10%.

Применение активированных углей для доочистки биологиски очищенных сточных вод возможно и без предварительного коагулирования. Увеличение расхода угля в этом случае ком­ пенсируется отказом от медленно протекающего процесса освет­ ления воды в отстойниках и экономии за счет этого в объеме очистных сооружений и необходимой территории.

Кроме того, в системах с ионообменной корректировкой очи­ щенных сточных или продувочных вод отказ от предварительного коагулирования позволяет существенно (на 1—2 мг-экв/л) уменьшить введение с коагулянтом сульфатов или хлоридов и этим сократить нагрузки на анионообменные смолы, стоимость которых примерно в 10 раз выше стоимости активированных углей. При этом отпадает и проблема захоронения обводненных шламов коагулирования либо регенерации из них коагулянтов. В каждом конкретном случае при проектировании эти затраты должны сопоставляться с экономией от сокращения расхода ак­ тивированных углей за счет введения предварительной коагу­ ляции.

Необходимая доза активированного угля для доочистки биоло­ гически очищенных сточных вод зависит от структуры угля. До­ зы активированного угля для доочистки сточных вод после био­ логических очистных сооружений для получения фильтрата 20° цветности следующие: активированный уголь КАД — 5 г/л; акти­ вированный антрацит А-4 — 5 г/л, А-7 — 0,25 г/л.

Использование биологически очищенных сточных вод для под­ питывания систем оборотного водоснабжения может привести к интенсификации биологических обрастаний поверхностей теп­ лообмена и трубопроводов за счет внесения с этими водами со­ лей, содержащих биогенные элементы — азот или фосфор. В тех системах, где не предусматривается ионообменное корректиро­ вание солевого состава воды, для предупреждения биообраста­ ния используют хлорирование дозами 5— 10 мг/л при соблюде­ нии концентрации остаточного активного хлора около 1 мг/л и добавлении в воду ингибиторов коррозии.

Если в системах предусматривается ионообменная обработка подпитывающей или продувочной воды, то при Н-катионирова- нии достигается и необходимая степень освобождения воды от ионов аммония, а при ОН-анионировании — от анионов фосфата.

ЗАМКНУТЫЕ СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ БЕЗ СБРОСА ВОДЫ ПРИ ПРОДУВКЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИИ

Системы замкнутого водоснабжения с повторным ис­ пользованием продувочных вод после корректировки их мине­ рального состава уже нашли применение в проектах водоснаб­ жения предприятий промышленности азотных удобрений.

Обследование оборотных систем предприятий азотной про­ мышленности (синтез аммиака, производство углеаммонийных солей и аммиачной селитры и др.) показало, что вода в этих системах всегда загрязнена технологическими продуктами, попа­ дающими в систему вследствие неплотности соединений и в ре-

5500

т29.?2.67 м ?//7

ю■

/ ? * ff t У%VSя х Яд

зультате коррозии отдельных элементов теплообменников. Так, содержание аммиачной селитры в продувочной воде произ­ водств гранулированных удобрений обычно достигает 25— 40 мг/л, в продувочной воде теплообменных систем производств синтеза аммиака содержится 8— 17 мг/л аммиака. Такие же за­ грязнения наблюдаются и в других производствах.

Среднегодовые значения концентрации аммиака в оборотной воде могут быть получены из интегральных графиков, в которых результаты интегральных аналитических определений суммиру­ ются и откладываются против соответствующего отрезка време­ ни от начала регистрации наблюдений (рис. 28). Тангенс угла усредняющей прямой, выходящей из начала координат, дает зна­ чение среднегодовой концентрации анализируемого компонента в воде.

Сброс амммиака в водоем с продувочными водами при вели­ чине продувки 5% составил для системы оборотного водоснаб­ жения мощностью 12 тыс. мг/ч 60,2 тсвободного аммиака и 927,2 таммиачной селитры. На другом предприятии за год по­ тери аммиака с продувкой достигают 501,8 т, а потери аммиач­ ной селитры — 927,2 т.

Наличие свободного аммиака или карбоната аммония в воде, а также подогрев ее в ходе теплообмена интенсифицирует осаж­ дение солей жесткости в теплообменной аппаратуре и коммуни­ кациях оборотного цикла, особенно в барометрических трубах, барометрических ящиках и сбросном центральном водоводе. Вы­ званное отложениями солей резкое уменьшение сечения трубопродов, связанных с барометрическими конденсаторами, пре­ пятствует подаче на эти конденсаторы необходимого количества воды. Это нарушает режим работы выпарных аппаратов (недо­ статочный вакуум, снижение концентрации плава).

В оборотном цикле, обслуживающем цеха синтеза аммиака и метанола, доля СаС03 в отложениях на трубопроводе оборот­