Екологічно безпечні cистеми оборотного водопостачання коксохімічних, металургійних і машинобудівних підприємств

Утрати води на випар (Р₁) у загальному випадку складаються з утрат на випар у газоочищенні й у вентиляторних градирнях. Конкретно встановлено, що в апаратах газоочищень доменних печей витрати води на випар відсутні. Витрати води на випар у вентиляторних градирнях - величина не постійна, залежна від перепаду температур ( t) вихідної (гарячої) і охолодженої води, температури повітря і витрати охолоджуваної води (Q). Ці витрати визначаються за ДБН за формулою

Р1 = К t Q,

де Р1 - витрати води на випар на бризкальному басейні, м³ /год;

К - коефіцієнт, прийнятий за ДБН.

Розрахунки показали, що витрати води на випар коливаються від 1,5 до 2,0% від витрати охолоджуваної води. Витрати води на краплинне віднесення у вентиляторних градирнях прийняті 1,0% від витрати циркулюючої в системі води.

Для Краматорського заводу величина витрат води на випар на бризкальному басейні склала понад 100 тис. м³ /рік, а кількість води, що втрачається на краплинне віднесення на градирнях близько 50 тис. м³ /рік. При цьому була визначена кількість свіжої підпитувальної води Рпідп., що дорівнює сумі витрат води на випар і краплинне віднесення, а також витрат води зі зневодненим шламом (ці втрати для Краматорського заводу при наявності зневоднювання шламу складуть приблизно 20 тис м³ /рік).

При відсутності продувки і без скидання шламової пульпи в накопичувач шламу були отримані наступні результати: хлориди, Cl^- - 787,23 г./м³; сульфати, SO4^2- - 2263,70 г./м³; кальцій, Са²⁺ - 345,00 г./м³; магній, Мg²⁺ - 193,74 г./м³; лужність загальна - 10,00 г.-екв/м³; твердість загальна - 538,74 г.-екв/м³; рН - 8,0-8,3. З наведених даних видно, що в замкнутій системі оборотного водопостачання газоочищення доменних печей Краматорського заводу концентрації хлоридів, сульфатів, кальцію і магнію досягають порівняно невеликих величин.

На ґрунті досліджених даних можна зробити висновок про те, що в системі водопостачання установок газоочищення Краматорського заводу гіпсових відкладень не буде (добуток активних концентрацій кальцію і сульфіт-іону нижче добутку розчинності гіпсу). Однак небезпека утворення щільних сольових карбонатних відкладень шляхом продувки не може бути усунута, і необхідно передбачити реагентну стабілізацію водної системи. При оцінці корозійних властивостей оборотної води встановлено, що зі збільшенням сумарної концентрації хлоридів і сульфатів з 0,75 до 18,0 кг/м³ швидкість корозії зменшується на 10-15%. Це пояснюється зниженням розчинності кисню при підвищенні загального солевмісту.

Таким чином, на Краматорському заводі може бути створена цілком замкнута система водопостачання газоочищення доменних печей, тому що ріст солевмісту і наявність ефективної стабілізаційної обробки зменшує небезпеку утворення щільних сольових (карбонатних і гіпсових) відкладень і не активує корозійні процеси.

Сьомий розділ містить приклади рекомендацій і технологічних завдань (ТЛЗ) для створення систем оборотного водопостачання ряду промислових підприємств, що працюють у замкнутому чи близькому до нього режимі. В основу створення замкнутої системи водопостачання і водовідведення коксохімічного виробництва покладений принцип зведення до мінімуму споживання питної води з міського водопроводу, споживання свіжої технічної води з ріки, скидання господарсько-побутових стічних вод у міську каналізаційну мережу. При цьому в оборотному циклі використовуються як очищені фенольні стічні води, так і очищені поверхнево-зливові і господарчо-побутові стічні води. У роботі дані рекомендації для технічного рішення з очищення і доочищення стічних вод з вмістом фенолу від сполук групи азоту (амонійний азот, нітрати, нітрити) на прикладі ВАТ «Запоріжкокс». Для коксохімічного виробництва металургійного комбінату «Криворіжсталь» запропоновані технічні рішення для очищення і використання господарсько-побутових і поверхнево-зливових вод.

У результаті виконаних розрахунків (уточнення водного балансу існуючої системи водопостачання газоочищення доменних печей) і методичних розробок (визначення величини гідравлічного розміру зважених речовин, інтенсивності утворення щільних сольових карбонатних і гіпсових відкладень, а також корозійного зношування металу) обґрунтовані технічні рішення для створення замкнутих систем оборотного водопостачання основних металургійних виробництв на прикладі Сєровского металургійного заводу (Росія), металургійного комбінату «Запоріжсталь» та ін.

При розробці ТЛЗ ВАТ «Запоріжкокс» застосований метод глибокого очищення (доочищення) стічних вод за допомогою електроімпульсної обробки. Питома витрата електроенергії в залежності від виду і концентрації забруднень в оброблюваній стічній воді орієнтовно складає 3,0-4,0 Квт-ч/м³, сила струму імпульсних розрядів - 0,5-1,0 кА, час впливу - 20-40 мкс, температура - (5-10) 10³ К, діаметр часток - 0,1-50 мкм. Це дозволило істотно знизити вміст токсичних речовин і забезпечити надійну в екологічному розумінні роботу системи оборотного водопостачання в замкнутому режимі, що виключає скидання стічних вод за межі заводу. Цей метод уперше був використаний у системі очищення стічних вод коксохімічних підприємств і його ефективність характеризується зниженням величини ХСК - на 92%, аміаку загального - на 90 - 94%, солевмісту - на 65 - 68%, завислих речовин - на 90 - 95%, бактеріального забруднення - до 100%, феноли, ціаніди, роданіди руйнуються практично цілком. Електроімпульсний метод дозволяє здійснити доочищення стічних вод до гранично припустимих норм від різних забруднень органічного і неорганічного походження і повернути оброблену воду в оборотний цикл.

Використання розробок, отриманих у дисертаційній роботі, дозволило отримати еколого-економічну ефективність: від упровадження технічних рішень з очищення господарсько-побутових стічних вод ВАТ завод «Баглейкокс» (м. Дніпродзержинськ) - 160,71 тис. грн., від впровадження у виробництво установки газоочищення доменного цеху Сєровского металургійного заводу (м. Сєров, Росія) - 175,00 тис. руб., від упровадження методу стабілізаційної обробки води за допомогою комплексона - цинкової солі оксіетилендифосфонової кислоти в системі водного охолодження устаткування в цеху гарячого штампування ВАТ «Харківський підшипниковий завод» - 165,43 тис. грн.; також отриманий соціально-екологічний ефект за рахунок упровадження системи закритого циклу оборотної води кінцевого охолодження коксового газу на ВАТ «Дніпродзержинський коксохімічний завод».

Загальні висновки

1. У дисертації наведено теоретичне обґрунтування і нове рішення наукової проблеми створення екологічно безпечних систем оборотного водопостачання коксохімічних, металургійних і машинобудівних підприємств. У результаті виконаних наукових досліджень розроблені основні принципи для створення екологічно й економічно ефективних систем оборотного водопостачання, що базуються на нових технологіях очищення і стабілізаційної обробки стічних вод.

2. Здійснено нормування основних показників якості води, що дозволяють обґрунтувати створення замкнутих систем оборотного водопостачання, які виключають скидання забруднених стічних вод у водні об'єкти, і установлено наступні оптимальні характеристики:

- для станів гарячої прокатки: температура охолоджувальної води - 40 ^оС, припустимий розмір часток окалини - 30 мкм; припустима концентрація завислих речовин - 50 г./м³;

- для газоочищень металургійних агрегатів: припустима концентрація завислих речовин 300 г./м³ на відміну від нормованої - 150 г./м³; солевміст не нормується.

3. Уперше запропонована математична залежність зміни лужності води від рН, що дозволяє спрямовано регулювати показник кислотності стічних вод у процесі біологічного очищення. Показано, що запропонована залежність і розраховані значення рН добре корелюють з експериментальними даними.

4. Показано, що вдосконалене основне рівняння водно-сольового балансу для розрахунку водно-хімічного режиму систем оборотного водопостачання може застосовуватися для балансових розрахунків за визначенням сталих концентрацій компонентів сольового складу в оборотній воді при відсутності продувки і скидання шламу.

5. Установлено, що при стабілізаційній обробці стічних вод поверхнево-активними речовинами натрієвої солі карбоксиметилцелюлози (КМЦ) і вуглелужним реагентом (ВЛР) ступінь запобігання відкладень у трубопроводах сягає 85-90% при витраті стабілізуючих речовин 4-5 мг КМЦ і 5-6 мг УЩР на 1 мг іона кальцію.

6. Отримано на базі мономолекулярної теорії аналітичне рівняння для розрахунку ступеня сорбції вуглелужного реагенту на поверхні часток суспензії у воді, що адекватно експериментальним даним і дозволяє визначити необхідну кількість реагенту для систематичної обробки води.

7. Уперше запропонований новий метод стабілізаційної обробки води дрібнокристалічними затравками, активованими ПАР, в основі якого лежить теоретичне вивчення закономірностей росту кристалів карбонату кальцію в присутності поверхнево-активних речовин. Показано, що застосування затравки для стабілізаційної обробки води забезпечує високу (до 97%) ефективність запобігання відкладень у системах оборотного водопостачання з мінімізацією витрати затравки.

8. Запропоновано метод запобігання корозії металу систем водовідведення за допомогою обробки води триполіфосфатом натрію, що дозволило зменшити швидкість корозії трубопроводів у 2-10 разів.

9. Побудовано узагальнюючу математичну модель сил, що діють на тверду частку окалини в потоці води при охолодженні устаткування, що адекватно описує відношення піднімальної сили до сили ваги в залежності від швидкості потоку, що набігає, що дозволила з використанням комп'ютерного моделювання визначити умови запобігання засмічення поверхні проводки, трубопроводів і отворів у форсунках охолодження.

10. Здійснено наукове обґрунтування рішення глибокого очищення стічних вод коксохімічного виробництва за допомогою електроімпульсної обробки, що дозволило знизити концентрації: ХСК - на 92%, аміаку загального - на 90-94%, солевмісту - на 65-68%, зважених речовин - на 90-95%, бактеріальних забруднень - до 100%; феноли, ціаніди, роданіди руйнуються практично цілком; електроімпульсний метод дозволяє здійснити доочищення стічних вод до гранично припустимих норм від різних забруднень органічного і неорганічного походження.

11. Показано, що еколого-економічна ефективність застосування замкнутих систем оборотного водопостачання коксохімічних, металургійних і машинобудівних підприємств, з використанням розробок, запропонованих у дисертаційній роботі, склала більш 0,5 млн. грн./ рік.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Андронов В.А. Способы стабилизационной обработки вод в системах водоснабжения промышленных предприятий // Вестн. Харьковского госуд. политехн. ун-та. - Харьков: ХГПУ. - 2000. - Вып.123. - С. 113-118.

2. Пантелят Г.С., Андронов В.А. Создание новых технологий водоподготовки, позволяющих использовать воду в замкнутых системах, исключающих сброс сточных вод в водоемы // Наук. вісн. буд-ва. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2000. - Вип.10. - С. 104-107.

3. Андронов В.А. Нормирование величины температуры воды, циркулирующей в замкнутых системах оборотного водоснабжения промышленных агрегатов // Наук. вісн. буд-ва. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2000. - Вип.11. - С. 210-213.

4. Андронов В.А. Прогнозирование осложнений в скрубберах высокого давления газоочисток доменных печей в условиях оборотного водоснабжения // Зб. наук. пр. «Вісн. Рівненського держ. техн. ун-ту». - Рівне, 2000. - Вип.5 (7). - С. 154-158.

5. Андронов В.А. Влияние солевого состава на коррозионные свойства охлаждающей воды // Коммунальное хозяйство городов. - Київ: «Техніка». - 2000. - Вып.25. - С. 165-168.

6. Андронов В.А. Нормирование общего солесодержания и его компонентов в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий // Наук. вісн. буд-ва. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2001. - Вип.12. - С. 56-61.

7. Андронов В.А. Нормирование концентрации взвешенных веществ в оборотной воде газоочисток технологических агрегатов // Наук. вісн. буд-ва. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2001. - Вип.15. - С. 94-98.

8. Андронов В.А. Сорбционные процессы с использованием полисиликатов в системах водоснабжения газоочисток на промышленных предприятиях // Наук. вісн. буд-ва. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2002. - Вип.18. - С. 275-279.

9. Андронов В.А., Слепцов В.Г., Лисогор Е.С. Техника систем оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Применение комплексных ингибиторов // Наук. вісн. буд-ва. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2002. - Вип.19. - С. 244-248.

10. Пантелят Г.С., Андронов В.А. Новые реагентные методы обработки воды в системах водоснабжения промышленных предприятий // Коммунальное хозяйство городов. - Київ: «Техніка». - 2002. - Вып.45. - С. 13-18.

11. Пантелят Г.С., Андронов В.А., Галкин Ю.А. Системы водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий России и Украины // Матер. семинара науч. - практ. конф. «Опыт внедрения новых технологий очистки природных и сточных вод в Уральском регионе», 11-13 февраля 2003 г. - Екатеринбург. - 2003. - С. 17-20.

12. Пантелят Г.С., Андронов В.А. Обработка и очистка промышленно - ливневых сточных вод коксохимических предприятий с целью их использования в замкнутых системах оборотного водоснабжения // Наук. вісн. буд-ва. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2003. - Вип.24. - С. 116-119.

13. Пантелят Г.С., Андронов В.А. Направления очистки и использования сточных вод от травления металлов и нанесения гальванических покрытий // Вестн. НТУ «ХПИ». Темат. вып. «Химия, Химическая технология и экология». - Харьков: ХГПУ. - 2003. - Вып.3. - С. 48-51.

14. Пантелят Г.С., Андронов В.А. Особенности систем оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Применение комплексных ингибиторов // Вестн. НТУ «ХПИ». Темат. вып. «Химия, Химическая технология и экология». - Харьков: ХГПУ. - 2003. - Вып.15. - С. 47-50.

15. Андронов В.А. Методология расчета водно - химического режима систем оборотного водоснабжения газоочисток технологических агрегатов // Вестн. Белгородского госуд. технол. ун-та. - Белгород: БГТУ. - 2004. - №8, часть 4. - С. 10-11.

16. Андронов В.А. Обоснование температуры воды, используемой на охлаждение валков станов горячей прокатки металлургических и машиностроительных предприятий // Вестн. НТУ «ХПИ». Темат. вып. «Химия, Химическая технология и экология». - Харьков: ХГПУ. - 2004. - Вып.13. - С. 7-10.

17. Андронов В.А. Закономерности формирования буферных свойств водных сред // Наук. вісн. буд-ва. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2004. - Вип.28. - С. 60-64.

18. Андронов В.А. Механизм действия мелкокристаллической затравки на процесс ингибирования плотных солевых (карбонатных, гипсовых) отложений // Зб. наук. праць Луганського нац. аграрного ун-ту. Серія: Технічні науки. - Луганськ: ЛНАУ. - 2004. - №41. - С. 209-212.

19. Андронов В.А., Гранкина В.В. Системы водяного охлаждения газовых компрессоров на дожимных компрессорных станциях // Наук. вісн. буд-ва. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2004. - Вип.29. - С. 133-136.

20. Андронов В.А. Основные зависимости, характеризующие солевой (материальный) и водный балансы систем оборотного водоснабжения промышленных предприятий // Коммунальное хозяйство городов. - Київ: «Техніка». - 2004. - Вып.60. - С. 151-155.

21. Андронов В.А. Изменение солесодержания воды в замкнутых системах оборотного водоснабжения газоочисток доменных печей // Химия и технология воды. - 2005. - Том 27, №1. - С. 80-84.

22. Андронов В.А. Результаты расчетов солевого (материального) и водного балансов систем оборотного водоснабжения промышленных предприятий // Наук. вісн. буд-ва. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 2005. - Вип.30.-Т.2. - С. 24-28.

23. Андронов В.А. Концептуальные подходы создания замкнутых систем оборотного водоснабжения различных производств и предприятий в целом, исключающих сброс сточных вод в водные объекты (применительно к машиностроительным, коксохимическим и металлургическим производствам) // Зб. наук. праць Луганського нац. аграрного ун-ту. Серія: Технічні науки (будівництво). - Луганськ: ЛНАУ. - 2005. - №45 (68). - С. 80-84.

24. Пантелят Г.С., Андронов В.А., Левченко Ю.В. Основные принципы создания замкнутых систем оборотного водоснабжения промышленных предприятий // Наук. записки Харк. ін-ту екології і соціального захисту. - Харків: - 2003. - С. 40-49.

25. Андронов В.А. К вопросу о роли первичных и вторичных затравочных кристаллов карбоната кальция в предотвращении плотных солевых отложений // Зб. наук. праць «Вісн. Донбаської держ. акад. буд-ва і арх-ри. Інженерні системи та техногенна безпека в будівництві». - Макіївка: ДонДАБА. - 2004. - №4 (46) - С. 3-5.

26. Пантелят Г.С., Кузнецова Л.Н., Андронов В.А. Водный и солевой балансы систем оборотного водоснабжения основных металлургических производств и предприятий в целом // Сб. науч. статей междунар. науч. - практ. конф. «Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов», 31 мая - 4 июня 2004 г. - Щелкино, АР Крым. - 2004. - С. 106-109.

27. Пантелят Г.С., Андронов В.А., Кузнецова Л.Н., Царенко Д.А. Создание замкнутых систем оборотного водоснабжения на предприятиях черной металлургии // Водоснабжение и санитарная техника. - 2005. - №9. - С. 6-8.

28. Заявка № а 2005 01548 на винахід (корисну модель). Спосіб запобігання відкладень сульфату та карбонату кальцію / Пантелят Г.С., Андронов В.А. Пріоритет от 21.02.2005 р.

29. Заявка № а 2005 01549 на винахід (корисну модель). Спосіб запобігання карбонатних або сульфатних відкладень / Пантелят Г.С., Андронов В.А. Пріоритет от 21.02.2005 р.

Размещено на Allbest.ru