Введение

Вода находит широкое применение в промышленности, и в большинстве случаев отработанная вода также требует очистки для повторного использования или утилизации. Вода, поступающая на промышленные предприятия, часто нуждается в предварительной обработке для соответствия строгим требованиям к качеству, необходимым для конкретных промышленных процессов. Промышленная водоподготовка охватывает все эти аспекты, включая очистку промышленных сточных вод, водоподготовку для котлов и водоподготовку для систем охлаждения.

Обзор

Водоподготовка используется для оптимизации большинства промышленных процессов, основанных на использовании воды, таких как нагрев, охлаждение, обработка, очистка и промывка, с целью снижения эксплуатационных расходов и рисков. Недостаточная водоподготовка приводит к взаимодействию воды с поверхностями труб и емкостей, в которых она находится. Паровые котлы могут обрастать накипью или подвергаться коррозии, что потребует большего расхода топлива для нагрева того же объема воды. Охлаждающие башни также могут обрастать накипью и коррозировать, но при отсутствии обработки теплая загрязненная вода в них способствует росту бактерий, что может привести к смертельному заболеванию – болезни легионеров. Водоподготовка также применяется для улучшения качества воды, контактирующей с производимой продукцией (например, полупроводниками) и/или являющейся ее компонентом (например, напитками, фармацевтическими препаратами). В таких случаях некачественная водоподготовка может привести к производству бракованной продукции. Во многих случаях очищенные сточные воды одного процесса могут быть повторно использованы в другом, что позволяет снизить затраты на водопотребление, уменьшить расходы на утилизацию сточных вод за счет снижения их объема и сократить энергозатраты благодаря рекуперации тепла в переработанных сточных водах.

Цели

Очистка промышленных вод направлена на решение четырех основных проблем: образование накипи, коррозия, микробиологическая активность и утилизация остаточных сточных вод. В котлах обычно не возникает проблем с микроорганизмами, поскольку высокие температуры препятствуют их росту. Образование накипи происходит, когда химический состав и температура воды создают условия, при которых растворенные минеральные соли выпадают в осадок и образуют твердые отложения. Эти отложения могут быть подвижными, например, в виде мелкого ила, или накапливаться слоями на металлических поверхностях оборудования. Накипь представляет собой проблему, поскольку она обладает теплоизолирующими свойствами, что снижает эффективность теплообмена по мере ее утолщения и приводит к потерям энергии. Кроме того, накипь сужает просвет труб, увеличивая энергозатраты на перекачку воды. Коррозия возникает, когда металл окисляется (например, ржавление железа), что постепенно приводит к потере целостности оборудования. Продукты коррозии могут вызывать проблемы, аналогичные проблемам, связанным с накипью, но коррозия также может привести к утечкам, которые в системах под давлением могут спровоцировать катастрофические поломки. Микроорганизмы могут активно размножаться в необработанной охлаждающей воде, которая теплая и часто содержит органические питательные вещества, поскольку влажные градирни эффективно очищают воздух. Пыль, насекомые, трава, споры грибов и другие загрязнения скапливаются в воде, образуя своего рода "микробный бульон", если не используются биоциды. Многие вспышки смертельной болезни легионеров были связаны с неконтролируемыми градирнями, и в Великобритании уже много лет действуют строгие правила охраны труда и техники безопасности, регулирующие работу градирен, а также соответствующие нормативные акты в других странах. Некоторые производственные процессы, такие как дубление кожи и производство бумаги, используют тяжелые металлы, такие как хром. Хотя большая часть хрома расходуется в процессе, некоторое количество остается и попадает в сточные воды. Его присутствие в питьевой воде токсично, поэтому даже минимальные концентрации должны быть удалены.

Удаление остаточных промышленных сточных вод

Удаление остаточных сточных вод с промышленных предприятий – сложная и дорогостоящая задача. Большинство нефтеперерабатывающих, химических и нефтехимических заводов оснащены собственными очистными сооружениями для обработки сточных вод, чтобы концентрация загрязняющих веществ в очищенных стоках соответствовала местным и/или национальным нормативам, регулирующим сброс сточных вод в канализационные системы или в реки, озера и океаны.

Процессы

Два основных процесса обработки промышленной воды – это обработка воды для котлов и обработка охлаждающей воды. Недостаточная или неправильная обработка воды может привести к образованию отложений и размножению бактерий в трубопроводах и корпусах котлов. Паровые котлы, не подвергающиеся обработке, могут страдать от образования накипи или коррозии. Отложения накипи могут ослабить конструкцию оборудования и сделать его опасным, а также потребовать дополнительного топлива для нагрева того же объема воды из-за увеличения теплового сопротивления. Вода плохого качества может стать благоприятной средой для размножения бактерий, таких как легионелла, что представляет риск для здоровья населения. Коррозия в котлах низкого давления может быть вызвана растворенным кислородом, кислотностью и избыточной щелочностью. Поэтому обработка воды должна удалять растворенный кислород и поддерживать соответствующий уровень pH и щелочности в воде котла. Без эффективной обработки воды система охлаждения может страдать от образования накипи, коррозии и обрастания, а также стать местом размножения вредных бактерий. Это снижает эффективность, сокращает срок службы оборудования и делает работу ненадежной и небезопасной.

Обработка воды котлов

Очистка котельной воды – это вид промышленной очистки воды, направленный на удаление или химическую модификацию веществ, потенциально повреждающих котел. Различные типы обработки используются в разных участках для предотвращения образования накипи, коррозии или пенообразования. Внешняя обработка исходной воды, предназначенной для использования в котле, направлена на удаление примесей до их попадания в котел. Внутренняя обработка, осуществляемая непосредственно в котле, направлена на снижение склонности воды к растворению металла котла и поддержание примесей в формах, наименее склонных к образованию отложений, перед их удалением из котла при продувке. Деаэратор используется для снижения содержания кислорода и азота в питательной воде котла.

Обработка воды для охлаждения

Водяное охлаждение — это метод отвода тепла от компонентов машин и промышленного оборудования. Вода может быть более эффективной теплоносительной жидкостью, когда воздушное охлаждение неэффективно. В большинстве климатических зон вода обеспечивает преимущества теплопроводности жидкости с необычно высокой удельной теплоемкостью, а также возможность испарительного охлаждения. Низкая стоимость часто позволяет сбрасывать воду в качестве отхода после однократного использования, но контуры охлаждающей жидкости, предназначенные для повторного использования, могут быть герметичными для предотвращения потерь на испарение и обеспечения большей мобильности и чистоты. Негерметичные контуры рециркуляции хладагента с использованием испарительного охлаждения требуют отвода сточных вод для удаления примесей, концентрирующихся в процессе испарения. К недостаткам систем водяного охлаждения относятся ускоренная коррозия и необходимость технического обслуживания для предотвращения снижения теплопередачи из-за обрастания или образования накипи. Химические добавки, используемые для уменьшения этих недостатков, могут приводить к токсичности сточных вод. Водяное охлаждение обычно применяется для охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобилей и крупных промышленных объектов, таких как атомные и тепловые электростанции, гидрогенераторы, нефтеперерабатывающие и химические заводы.

Технологии

Развитие технологий водоочистки оказало влияние на все области промышленной обработки воды. Хотя механическая фильтрация, такая как обратный осмос, широко применяется для удаления загрязняющих веществ, другие технологии, включая использование озоногенераторов, испарение сточных вод, электродеионизацию и биоремедиацию, также способны решать задачи промышленной обработки воды. Озонирование – это процесс, при котором газ озон подается в сточные потоки для снижения или устранения необходимости в использовании химических реагентов для очистки воды или дезинфицирующих средств, которые могут быть опасны, в том числе хлора.

Химическая обработка

Химическая обработка использует добавление химических веществ для придания промышленной воде свойств, необходимых для использования или сброса. Это включает в себя такие процессы, как химическое осаждение, химическая дезинфекция, передовые процессы окисления (AOP), ионный обмен и химическая нейтрализация. Передовые процессы окисления (AOP) привлекательны для очистки опасных сточных вод благодаря высокому окислительному потенциалу и эффективности разложения загрязняющих веществ. В рамках AOP в сточные воды вводятся окислители, такие как реагент Фентона, озон или перекись водорода, для разложения вредных веществ в промышленной воде перед сбросом.

Физическое лечение

Физическая обработка включает в себя отделение твердых веществ от промышленных сточных вод посредством фильтрации или флотации растворенным воздухом. Фильтрация предполагает использование мембран или фильтров, таких как механические фильтры, например, песчаная фильтрация и другие, для достижения разделения твердой и жидкой фаз. В то время как при флотации растворенным воздухом в сточные воды подается воздух под давлением. Этот воздух под давлением образует мелкие пузырьки, которые прилипают к взвешенным веществам, заставляя их всплывать на поверхность воды, где они могут быть удалены с помощью скиммера или через перелив.

Биологическая обработка

Для очистки сточных вод, содержащих биоразлагаемые элементы, необходима биологическая очистка. Она широко используется на муниципальных и промышленных очистных сооружениях и обычно заключается в добавлении обычных бактерий и других микроорганизмов, преимущественно экологически безопасных, для очистки воды. Это устойчивая практика, успешно применяемая уже более века. Медленные песчаные фильтры используют биологический процесс для очистки сырой воды и получения питьевой воды. Они работают за счет сложной биологической пленки, которая естественным образом образуется на поверхности песка. Эта желатинообразная биопленка, называемая гипогеальным слоем или Schmutzdecke, располагается в верхних нескольких миллиметрах песчаного слоя. Биопленка на поверхности очищает воду, проходящую через слой, а лежащий ниже песок служит поддерживающей средой для слоя биологической очистки. Schmutzdecke состоит из бактерий, грибов, простейших, коловраток и различных личинок водных насекомых. С возрастом биопленки может развиваться больше водорослей, а также могут присутствовать более крупные водные организмы, такие как бриозоа, улитки и кольчатые черви. При прохождении воды через гипогеальный слой частицы вещества задерживаются в муцилагиновой матрице, а растворимый органический материал адсорбируется. Бактерии, грибы и простейшие метаболизируют загрязняющие вещества.

Технология очистки технологических вод

Процессная вода – это вода, используемая в различных производственных процессах, таких как: нанесение покрытий и гальванизация; промывка и распыление; мойка и т.д. Вода из муниципальных источников и подземные воды часто содержат растворенные минералы, которые делают её непригодной для этих процессов, поскольку это может повлиять на качество продукции и/или увеличить производственные издержки. Правильная система очистки входящей воды позволяет решить эти проблемы и создать оптимальные условия для конкретных промышленных процессов.