Существует множество способов использования воды в промышленности, и в большинстве случаев использованная вода также нуждается в очистке, чтобы сделать ее пригодной для повторного использования или утилизации. Сырая вода, поступающая на промышленное предприятие, часто нуждается в очистке, чтобы соответствовать строгим требованиям к качеству, чтобы ее можно было использовать в определенных промышленных процессах. Очистка промышленной воды охватывает все эти аспекты, которые включают очистку промышленных сточных вод , очистку котловой воды и очистку охлаждающей воды .
Очистка воды используется для оптимизации большинства промышленных процессов, основанных на воде, таких как нагрев, охлаждение, обработка, очистка и промывка, чтобы снизить эксплуатационные расходы и риски. Плохая очистка воды позволяет воде взаимодействовать с поверхностями труб и сосудов, которые ее содержат. Паровые котлы могут покрываться накипью или подвергаться коррозии, и эти отложения будут означать, что для нагрева того же количества воды потребуется больше топлива. Градирни также могут покрываться накипью и подвергаться коррозии, но если их не обрабатывать, теплая, грязная вода, которую они могут содержать, будет способствовать росту бактерий, и болезнь легионеров может стать фатальным последствием. Очистка воды также используется для улучшения качества воды, контактирующей с производимым продуктом (например, полупроводниками) и/или может быть частью продукта (например, напитками, фармацевтическими препаратами). В этих случаях плохая очистка воды может привести к дефектным продуктам. [ необходима цитата ]
Во многих случаях сточные воды из одного процесса могут быть пригодны для повторного использования в другом процессе, если подвергнуты соответствующей обработке. Это может сократить расходы за счет снижения платы за потребление воды, снизить расходы на утилизацию сточных вод из-за уменьшения объема и снизить затраты на электроэнергию за счет рекуперации тепла в переработанных сточных водах.
Промышленная очистка воды направлена на решение четырех основных проблемных областей: образование накипи , коррозия , микробиологическая активность и утилизация остаточных сточных вод. У котлов не так много проблем с микробами, поскольку высокие температуры предотвращают их рост.
Образование накипи происходит, когда химические и температурные условия таковы, что растворенные в воде минеральные соли выпадают в осадок и образуют твердые отложения. Они могут быть подвижными, как мелкий ил, или могут накапливаться слоями на металлических поверхностях систем. Накипь является проблемой, поскольку она изолирует, и теплообмен становится менее эффективным по мере того, как накипь загустевает, что приводит к потере энергии. Накипь также сужает ширину труб и, следовательно, увеличивает энергию, используемую для перекачивания воды по трубам.
Коррозия происходит, когда исходный металл окисляется (например, как ржавеет железо), и постепенно нарушается целостность оборудования завода. Продукты коррозии могут вызывать аналогичные проблемы с масштабом, но коррозия также может привести к утечкам, которые в системе под давлением могут привести к катастрофическим отказам.
Микробы могут процветать в неочищенной охлаждающей воде, которая теплая и иногда полна органических питательных веществ, поскольку мокрые градирни являются очень эффективными воздухоочистителями. Пыль, мухи, трава, споры грибков и другие собираются в воде и создают своего рода «микробный суп», если не обрабатывать ее биоцидами. Многие вспышки смертельной болезни легионеров были связаны с неконтролируемыми градирнями, и в Великобритании уже много лет действуют строгие правила по охране труда и технике безопасности, касающиеся эксплуатации градирен, как и в государственных учреждениях других стран.
Некоторые процессы, такие как дубление и изготовление бумаги, используют тяжелые металлы, такие как хром, для дубления. Хотя большая часть расходуется, некоторое количество остается и уносится водой. Присутствие в питьевой воде токсично при употреблении, поэтому даже самое маленькое количество должно быть удалено. [ необходима цитата ]
Утилизация остаточных сточных вод промышленного предприятия является сложной и дорогостоящей проблемой. [1] Большинство нефтеперерабатывающих, химических и нефтехимических заводов имеют на своей территории установки по очистке сточных вод, чтобы концентрации загрязняющих веществ в очищенных сточных водах соответствовали местным и/или национальным нормам, касающимся утилизации сточных вод на очистных сооружениях или в реках, озерах или океанах. [2]
Два основных процесса промышленной очистки воды — это очистка котловой воды и очистка охлаждающей воды . Большое количество надлежащей очистки воды может привести к реакции твердых веществ и бактерий в трубопроводах и корпусе котла. Паровые котлы могут страдать от накипи или коррозии , если их не обрабатывать. Отложения накипи могут привести к слабому и опасному оборудованию, в то время как для нагрева того же уровня воды требуется дополнительное топливо из-за повышения теплового сопротивления. Грязная вода низкого качества может стать питательной средой для таких бактерий, как легионелла, что создает риск для здоровья населения.
Коррозия в котлах низкого давления может быть вызвана растворенным кислородом, кислотностью и чрезмерной щелочностью. Поэтому очистка воды должна удалять растворенный кислород и поддерживать котловую воду с соответствующими уровнями pH и щелочности. Без эффективной очистки воды система охлаждающей воды может страдать от образования накипи, коррозии и загрязнения и может стать питательной средой для вредных бактерий. Это снижает эффективность, сокращает срок службы установки и делает работу ненадежной и небезопасной. [3]
Обработка котловой воды — это тип промышленной обработки воды, направленный на удаление или химическую модификацию веществ, потенциально опасных для котла. Различные типы обработки используются в разных местах, чтобы избежать образования накипи , коррозии или пенообразования . Внешняя обработка сырой воды, предназначенной для использования в котле, направлена на удаление примесей до того, как они достигнут котла. Внутренняя обработка в котле направлена на ограничение тенденции воды растворять котел и поддержание примесей в формах, которые с наименьшей вероятностью вызовут проблемы, прежде чем их можно будет удалить из котла при продувке котла. Деаэратор используется для снижения содержания кислорода и азота в питательной воде котла.
Водяное охлаждение — это метод отвода тепла от компонентов машин и промышленного оборудования. Вода может быть более эффективной теплопередающей жидкостью, где воздушное охлаждение неэффективно. В большинстве занятых климатических зон вода предлагает преимущества теплопроводности жидкости с необычно высокой удельной теплоемкостью и возможность испарительного охлаждения. Низкая стоимость часто позволяет отбраковывать ее как отходы после однократного использования, но контуры рециркуляции охлаждающей жидкости могут находиться под давлением, чтобы исключить потери на испарение и обеспечить большую портативность и улучшенную чистоту. Негерметичные контуры рециркуляции охлаждающей жидкости, использующие испарительное охлаждение, требуют продувочного потока отходов для удаления примесей, сконцентрированных при испарении. Недостатки систем водяного охлаждения включают ускоренную коррозию и требования к техническому обслуживанию для предотвращения снижения теплопередачи из-за биообрастания или образования накипи . Химические добавки для устранения этих недостатков могут привести к токсичности сточных вод. Водяное охлаждение обычно используется для охлаждения автомобильных двигателей внутреннего сгорания и крупных промышленных объектов, таких как атомные и паровые электростанции , гидрогенераторы , нефтеперерабатывающие заводы и химические заводы .
Достижения в области технологий очистки воды затронули все области промышленной очистки воды. Хотя механическая фильтрация, такая как обратный осмос , широко применяется для фильтрации загрязняющих веществ, другие технологии, включая использование генераторов озона, испарение сточных вод, электродеионизацию и биоремедиацию, также способны решать проблемы промышленной очистки воды.
Обработка озоном — это процесс, при котором озоновый газ впрыскивается в потоки отходов в качестве средства для снижения или устранения необходимости использования химикатов для очистки воды или дезинфицирующих средств, которые могут быть опасными, включая хлор. [ необходима цитата ]
Химическая обработка использует добавку химикатов, чтобы сделать промышленную воду пригодной для использования или сброса. Это включает такие процессы, как химическое осаждение, химическая дезинфекция, усовершенствованный процесс окисления (AOP), ионный обмен и химическая нейтрализация. [4] AOP привлекательны для очистки опасных сточных вод из-за его высокого окислительного потенциала и производительности разложения. [5] [6] В AOP окислители, такие как реагент Фентона , озон или перекись водорода, вводятся в сточные воды для разложения вредных веществ в промышленной воде для сброса.
Физическая обработка включает в себя отделение твердых веществ из промышленных сточных вод либо с помощью фильтрации , либо флотации растворенным воздухом . Фильтрация включает в себя использование мембраны или фильтров, таких как механические фильтры, такие как песчаная фильтрация и т. д., для достижения разделения твердых веществ и жидкости. В то время как для флотации растворенным воздухом ,
Сжатый воздух закачивается в сточные воды. Затем сжатый воздух образует маленькие пузырьки, которые прилипают к взвешенным веществам, заставляя их всплывать на поверхность воды, где их можно удалить с помощью скиммера или перелива. [7]
Биологическая очистка необходима для очистки сточных вод, содержащих биоразлагаемые элементы. Она широко используется на муниципальных и промышленных объектах по очистке сточных вод и обычно заключается в добавлении обычных бактерий и других микробов, в основном экологически безопасных, для очистки воды. Это устойчивая практика, которая успешно применяется уже более века.
Медленные песчаные фильтры используют биологический процесс для очистки сырой воды для получения питьевой воды. [8] Они работают, используя сложную биологическую пленку, которая естественным образом растет на поверхности песка. Эта студенистая биопленка, называемая подземным слоем или Schmutzdecke, расположена в верхних нескольких миллиметрах слоя песка. Поверхностная биопленка очищает воду, когда она протекает через слой, лежащий под ним песок обеспечивает опорную среду для слоя биологической очистки. [9] Schmutzdecke состоит из бактерий, грибков, простейших, коловраток и ряда личинок водных насекомых. По мере старения биопленки может развиваться больше водорослей и могут присутствовать более крупные водные организмы, включая мшанок, улиток и кольчатых червей. Когда вода проходит через подземный слой, частицы вещества задерживаются в слизистой матрице, а растворимый органический материал адсорбируется. Загрязняющие вещества метаболизируются бактериями, грибками и простейшими. [8]
Медленные песчаные фильтры обычно имеют глубину 1–2 метра и гидравлическую скорость загрузки 0,2–0,4 кубических метра на квадратный метр в час. [9] Фильтры теряют свою производительность по мере того, как биопленка утолщается и снижает скорость потока. Фильтр восстанавливается путем удаления биопленки и тонкого верхнего слоя песка. Вода сливается обратно в фильтр и рециркулируется, чтобы дать возможность развиться новой биопленке. Альтернативным вариантом мокрого боронования является перемешивание песка и промывка биослоя для утилизации . [9]
Технология дезинфекции ультрафиолетом (УФ) стала распространенной технологией очистки воды за последние два десятилетия благодаря своей способности обеспечивать дезинфекцию воды без использования вредных химикатов. Часть УФ-С представляет собой длины волн от 200 нм до 280 нм, которые используются для дезинфекции. Фотоны УФ-С проникают в клетки и повреждают нуклеиновую кислоту, делая их неспособными к размножению или микробиологически неактивными. [10]
Технологическая вода — это вода, которая используется в различных производственных операциях, таких как: покрытие и гальванопокрытие; промывка и распыление; мойка и т. д. Муниципальная и грунтовая вода часто содержит растворенные минералы, которые делают ее непригодной для этих процессов, поскольку это может повлиять на качество продукции и/или увеличить производственные затраты. Правильная система очистки входящей воды может устранить эти проблемы и создать правильные условия для воды для определенных промышленных процессов. [ необходима цитата ]
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )