Екологічно безпечні системи оборотного водопостачання коксохімічних, металургійних і машинобудівних підприємств

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.

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.

Анотації

Андронов В.А. Екологічно безпечні системи оборотного водопостачання коксохімічних, металургійних і машинобудівних підприємств. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - Екологічна безпека. - Донецький національний університет, Донецьк, 2006.

Дисертацію присвячено науковому обґрунтуванню і розробці екологічно безпечних систем водопостачання виробництв, які виключають скидання хімічно забруднених стічних вод у водні об'єкти. Дисертаційні розробки дозволяють забезпечити екологічну безпеку і сталу експлуатацію систем локальних оборотних циклів промислових підприємств та комплексів, розташованих у басейнах великих водних об'єктів України, а саме: басейнів Дніпра, Сіверського Дінця, Азовського та Чорного морів. Розроблено математичну модель і виконано наукове обґрунтування нормативів до якості води, яка споживається різними користувачами в умовах роботи замкнутих систем оборотного водопостачання. Розроблені основні принципи створення замкнутих, екологічно безпечних систем оборотного водопостачання. Еколого - економічна ефективність від впровадження замкнутих систем оборотного водопостачання склала понад 0,5 млн. грн/рік.

Ключові слова: оборотне водопостачання, водні об'єкти, екологічна безпека, математична модель, основні принципи.

Андронов В.А. Экологически безопасные системы оборотного водоснабжения коксохимических, металлургических и машиностроительных предприятий. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 21.06.01 - Экологическая безопасность. - Донецкий национальный университет, Донецк, 2006.

Диссертация посвящена научному обоснованию и созданию на его основе экологически безопасных систем оборотного водоснабжения коксохимических, металлургических и машиностроительных предприятий. На основании проведенных обоснований и обобщений получены новые научные и практические результаты, позволившие впервые разработать и внедрить системы водоснабжения производств, исключающие сброс химически загрязненных сточных вод в водные объекты. В частности, получены следующие новые результаты:

- при стабилизационной обработке сточных вод поверхностно-активными веществами натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и углещелочным реагентом (УЩР) степень предотвращения отложений в трубопроводах достигает 85-90% при расходе стабилизирующих веществ 4-5 мг КМЦ и 5-6 мг УЩР на 1 мг иона кальция;

- впервые предложен новый метод стабилизационной обработки воды мелкокристаллическими затравками, активированными ПАВ, в основе которого лежит теоретическое изучение закономерностей роста кристаллов карбоната и сульфита кальция в присутствии поверхностно-активных веществ, который обеспечил предотвращение отложений в системах оборотного водоснабжения с минимизацией расхода затравок. Разработан метод предотвращения коррозии металла систем водоотведения с помощью обработки воды триполифосфатом натрия, что позволило уменьшить скорость коррозии трубопроводов в 2-10 раз;

- построена обобщающая математическая модель сил, действующих на твердую частицу окалины в потоке воды при охлаждении оборудования, адекватно описывающая отношение подъемной силы к силе тяжести в зависимости от скорости набегающего потока, которая позволила с использованием компьютерного моделирования определить условия предотвращения засорения поверхности проводки, трубопроводов и отверстий в форсунках охлаждения;

- разработаны основные принципы для создания экологически и экономически эффективных систем оборотного водоснабжения, базирующихся на новых технологиях очистки и стабилизационной обработки сточных вод. Разработаны и впервые внедрены системы оборотного водоснабжения ряда экологически опасных производств коксохимических, металлургических и машиностроительных предприятий, исключающие сброс химически загрязненных, токсичных сточных вод в городскую канализационную сеть и водные объекты. К ним относятся: ОАО завод “Баглейкокс” (г. Днепродзержинск), установки газоочистки доменных печей (г. Серов, Россия), цех горячей штамповки Харьковского подшипникового завода, ОАО “Днепродзержинский коксохимический завод” и др.

Эколого-экономическая эффективность от внедрения замкнутых систем оборотного водоснабжения составила более 0,5 млн. грн/ год.

Ключевые слова: оборотное водоснабжение, водные объекты, экологическая безопасность, математическая модель, основные принципы.

Andronov V. A. Ecologically safe systems of turnaround water supply of the coke producing, metal works and machine-building enterprises. - Manuscript. The dissertation for seeking a scientific degree of Dr.Sci.Tech. on a specialty 21.06.01 - Ecological safety. - Donetsk National University, Donetsk, 2006.

The dissertation is dedicated to scientific substantiation and creation of ecologically safe systems of water supply for the manufactures excluding discharge of the chemical disposals into waters.

The dissertational researches allow to provide ecological safety and stable maitanance of the local turnaround cycle systems at the industrial plants and complexes located in the large water areas of Ukraine: the basins of the Dnipro, the Siverski Dinets, the Azov and Black seas. It is developed the mathematical model and scientifically based the standards for water quality used by various customers when operating in the closed systems of turnaround water supply. It is elaborated the basic principles s for creation of the closed ecologically safe systems of turnaround water supply. Ecological and economical effect from introducing of closed systems of turnaround water supply amounts 0,5 million hryvnas per year.

Key words: turnaround water supply, water objects, ecological safety, mathematical model, basic principles.

Размещено на Allbest.ru