Инженерные сети

 

Задача №2

 

СХЕМЫ И СИСТЕМЫ  ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

 

В городах и населенных пунктах вода необходима для хозяйственно-питьевых, санитарно-гигиенических и противопожарных  целей, а на промышленных предприятиях – для технологических нужд.

Наиболее крупными потребителями  воды являются металлургические заводы.

Водоснабжение промышленных предприятий и населенных пунктов  регламентируется рядом нормативных  актов. Эти акты направлены на предупреждение и ликвидацию загрязнений водных источников, рациональное использование  и сохранение водных ресурсов.

На ряде производств для обеспечения технологического процесса требуется подача воды определенного качества. Например, для питания паровых котлов нельзя использовать обычную воду, так как в ней содержится значительное количество механических и химических примесей. Наличие солей кальция и магния, обуславливающих жесткость воды, приводит к образованию накипи на стенках труб и барабанов паровых котлов. Отложившаяся накипь, вследствие её малого коэффициента теплопроводности, увеличивает удельный расход топлива и снижает к.п.д. котельного агрегата. Кроме того, накипь уменьшает проходное сечение труб и увеличивает их гидравлическое сопротивление. Это приводит к уменьшению скорости циркуляции пароводяной смеси в опускных и подъемных трубах паровых котлов, а следовательно, и к снижению их паропроизводительности.

Вода, используемая для хозяйственно-питьевых нужд, должна удовлетворять определенным санитарно-гигиеническим требованиям: быть прозрачной, не иметь запахов  и привкусов, не содержать вредных  веществ и болезнетворных бактерий. Поэтому системы хозяйственно-питьевого  водоснабжения имеют устройства для фильтрации воды и ее обеззараживания.

 

Схемы и системы  водоснабжения промышленных предприятий

На предприятиях черной металлургии  применяют следующие системы  водоснабжения: прямоточную, последовательную и оборотную.

Система водоснабжения включает комплекс сооружений и устройств для забора воды из источника водоснабжения, её очистки, хранения, подачи и распределения между потребителями.

Первая система (рис. 1.1) применяется  при наличии мощного источника, расположенного вблизи промышленного  предприятии (до 4-5 км). Геодезическая (геометрическая) высота подачи при этом не должна превышать 20-25 м. Отработавшая вода после очистки  сбрасывается в водоем.

Рис.1.1. Схема прямоточного водоснабжения.   1 – водозабор и насосная станция; 2 – водопровод; 3 – промышленное предприятие; 4 – очистные сооруже-ния; 5 – канализация.

Последовательное водоснабжение (рис.1.2) предусматривает повторное  использование отработавшей вода и  применяется в целях снижения количества воды, забираемой из источника. Так как при последовательном водоснабжении не предусматривается  очистка отработавшей воды, его применяют  в тех случаях, когда сточные  воды не содержат вредных химических или механических примесей, а только нагреваются в процессе использования.

При проектировании оборотной  системы водоснабжения оборотные  циклы группируют по качеству воды с учетом расположения её потребителей. В оборотных циклах водоснабжения  обооборотная вода подвергается очистке от взвешенных в ней веществ и охлаждается. Схема системы оборотного водоснабжения показана на рис.1.3.

Как видно из рисунка, отработавшая вода подается насосной станцией на очистные сооружения. Оттуда очищенную воду насосами направляют к охладителям. После охлаждения насосная станция  возвращает воду к агрегату, где  она используется на технологические  нужды.

Рис.1.2. Схема последовательного  водоснабжения.   1 – водозабор и насосная станция; 2 – водопровод; 3 – производство; 4 – очистные сооружения; 5 – канализа-ция.

При оборотном водоснабжении  теряется (испарение, унос) 3-5% общего расхода  воды. Для восполнения этих потерь подается «свежая» вода.

Оборотное водоснабжение  экономически выгодно применять  в том случае, когда промышленное предприятие расположено на значительном расстоянии от источника водоснабжения, так как при этом снижаются  затраты электрической энергии  на подачу воды потребителю¹. Оборотное водоснабжение используется также в тех случаях, когда объём источника ограничен, а потребность в воде велика, и тогда, когда нельзя загрязнять источник.

Рис.1.3. Схема оборотного водоснабжения промышленного предприятия.  А – агрегат; НС – насосная станция; ОС – очистные сооружения; ОХЛ – охладители; СТ – самотечные трубопроводы; НТ – напорные трубопроводы; СВ – трубопровод «свежей» воды.

 

Нормы и режимы водопотребления

Проектирование водоснабжения  объекта (города, района, промышленного  предприятия или их комплекса) начинается с определения количеств потребляемой воды и режима ее расходования на перспективный (расчетный) период. Величина водопотребления  объектом определяется в кубических метрах в сутки максимального и в сутки среднего за год потребления воды. Все водопроводные сооружения рассчитываются из условия обеспечения максимального водопотребления в конце расчетного периода, а технико-экономические показатели — из условия среднего за год.

Так как каждый объект, для  которого проектируется водоснабжение, включает различные категории потребителей, имеющих свои нормы водопотребления  и свои режимы расходования воды, количество ее определяется отдельно для каждой категории потребителей.

В городах водопотребление  определяется по следующим категориям:

хозяйственно-питьевое водопотребление  населением с учетом нужд в воде общественных зданий;

расход воды на поливку  и мойку улиц, площадей и зеленых  насаждений;

хозяйственно-питьевое водопотребление  рабочими и служащими во время  пребывания их на производстве (для  предприятий, не имеющих своих обособленных водопроводов);

расход воды на производственные нужды предприятий, получающих ее из городского водопровода;

расход воды на нужды пожаротушения.

Для промышленных объектов водопотребление определяется четырьмя последними категориями с учетом возможности повторного использования  воды на технологические нужды.

Количество воды, потребляемое каждой категорией потребителей, определяется как произведение числа водопотребителей на норму водопотребления, а суточный расход всего объекта как сумма слагаемых по отдельным категориям потребителей.

 

Определение расхода  воды на промышленные нужды

Расход воды на промышленные нужды определяют двумя методами:

1)в расчете на агрегат;

2)в расчете на единицу  продукции.

Первый метод применяется  при разработке технических проектов, второй - при составлении технико-экономических  обоснований, перспективных и прогнозных разработок по водоснабжению промышленных районов.

Расход воды на агрегат  в значительной мере зависит от его  конструктивных особенностей. Так, расход воды на мартеновскую печь зависит  от того, осуществляется мокрая или  сухая очистка уходящих газов. В  конвертере расход охлаждающей воды зависит от способа отвода газа –  с дожиганием или без дожигания.

Таким образом, производительность металлургического агрегата не всегда может быть единственным критерием, определяющим его водопотребление.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методы, применяемые для  очистки сточных вод, могут быть могут быть разделены на три группы:

механические,

физико-химические,

биологические.

Механическая очистка

Механическую очистку сточных  вод применяют преимущественно  как предварительную. Механическая очистка обеспечивает удаление взвешенных веществ из бытовых сточных вод на 60-65%, а из некоторых производственных сточных вод на 90-95%. Задачи механической очистки заключаются в подготовке воды к физико-химической и биологической очисткам. Механическая очистка сточных вод является в известной степени самым дешевым методом их очистки, а поэтому всегда целесообразна наиболее глубокая очистка сточных вод механическими методами.

В настоящее время к очистке  предъявляют большие требования. Это приводит к созданию высокоэффективных  методов физико-химической очистки, интенсификации процессов биологической  очистки, разработке технологических  схем с сочетанием механических, физико-химических и биологических способов очистки  и повторным использованием очищенных  вод в технологических процессах.

Механическую очистку проводят для выделения из сточной воды находящихся в ней нерастворенных грубодисперсных примесей путем  процеживания, отстаивания и фильтрования.

Для задержания крупных загрязнений  и частично взвешенных веществ применяют процеживание воды через различные решетки и сита. Для выделения из сточной воды взвешенных веществ, имеющих большую или меньшую плотность по отношению к плотности воды, используют отстаивание. При этом тяжелые частицы оседают, а легкие всплывают.

Сооружения, в которых при отстаивании  сточных вод выпадают тяжелые  частицы, называются песколовками.

Сооружения, в которых при отстаивании  загрязненных промышленных вод всплывают  более легкие частицы, называются в  зависимости от всплывающих веществ  жироловками, маслоуловителями, нефтеловушками и др.

Фильтрование применяют для  задержания более мелких частиц. В  фильтрах для этих целей используют фильтровальные материалы в виде тканей (сеток), слоя зернистого материала  или химических материалов, имеющих  определенную пористость. При прохождении  сточных вод через фильтрующий  материал на его поверхности или  в поровом пространстве  задерживается выделенная из сточной воды  взвесь.

Механическую очистку как самостоятельный  метод применяют тогда, когда  осветленная вода после этого  способа очистки может быть использована в технологических процессах  производства или спущена в водоемы  без нарушения их экологического состояния. Во всех других случаях механическая очистка служит первой ступенью очистки  сточных вод.

Физико-химическая очистка

Физико-химическая очистка заключается  в том, что в очищаемую вводу вводят какое-либо вещество-реагент (коагулянт или флокулянт). Вступая в химическую реакцию с находящимися в воде примесями, это вещество способствует более полному выделению нерастворимых примесей, коллоидов и части растворимых соединений.

При этом уменьшается концентрация вредных веществ в сточных  водах, растворимые соединения переходят  в нерастворимые или растворимые, но безвредные, изменяется реакция сточных вод (происходит их нейтрализация), обеспечивается окрашенная вода. Физико-химическая очистка дает возможность резко интенсифицировать механическую очистку сточных вод. В зависимости от необходимой степени очистки сточных вод физико-химическая очистка может быть окончательной или второй ступенью очистки перед биологической.

Биологическая очистка

Биологическая очистка основана на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению  или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах  в виде тонких суспензий, коллоидов, в растворе и являются для микроорганизмов  источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных  вод от загрязнения.

Очистные сооружения биологической  очистки можно разделить на два  основных типа:

сооружения, в которых очистка  происходит в условиях, близких к  естественным;

сооружения, в которых очистка  происходит в искусственно созданных  условиях.

К первому типу относятся сооружения, в которых происходит фильтрование очищаемых сточных вод через  почву (поля орошения и поля фильтрации) и сооружения, представляющие собой  водоемы (биологические пруды) с  проточной водой. В таких сооружениях  дыхание микроорганизмов кислородом происходит за счет непосредственного  поглощения его из воздуха. В сооружениях  второго типа микроорганизмы дышат  кислородом главным образом за счет диффундирования его через поверхность воды (реаэрация) или за счет механической аэрации.

В искусственных условиях биологическую  очистку применяют в аэротенках, биофильтрах и аэрофильтрах. В этих условиях процесс очистки происходит более интенсивно, так как создаются лучшие условия для развития активной жизнедеятельности микроорганизмов.

При повышенных требованиях к очистке  биологически очищенную воду очищают  дополнительно. Наиболее широкое распространение  в качестве сооружений для дополнительной очистки получили песчаные фильтры, главным образом двух- и многослойные, а также контактные осветлители (микрофильтры применяют реже).

Снижение концентрации трудноокисляемых веществ возможно методом сорбции, например активированным углем и химическим окислением или путем озонирования. Концентрацию солей можно снижать методами обессоливания.

Очистка от биогенных элементов 

Биологически очищенная вода содержит аммонийные азот и фосфор в значительной концентрации. Эти вещества способствуют усиленному развитию водной растительности, последующее непременное отмирание которой приводит к вторичному загрязнению водоема. Азот удаляют физико-химическими и биологическими методами, а фосфор только химическим - осаждением солями железа, алюминия и известью.

Дезинфекция очищенных сточных  вод

В практике очистки сточных вод  дезинфекцию осуществляют теми же приемами и средствами, что и при очистке  природных вод. Наиболее часто применяют  хлорирование газообразным хлором, а  на станциях производительностью до 1000 м³/сут используют и хлорную известь.