Лекция №7
Установки с замкнутым и оборотным водоснабжением
При повторном водоснабжении воду после использования в каком-либо технологическом процессе сохранившую достаточно качественные показатели, без промежуточной обработки подают для повторного применения (рис.2, а) в систему водоснабжения. Например, тару для марочных продуктов (контейнеры, фляги и т.д.) после мойки повторной водой ополаскивают еще и питьевой. Эту воду можно повторно применять для первого ополаскивания, мойки полов, наружного обмыва автомашин, полива территории и т.д.
В оборотных системах водоснабжения (рис.2, б) воду используют многократно после соответствующей обработки (очистки, охлаждения, подогрева и т.д.).
Схемы системы оборотного водоснабжения
Рис.2. Схемы систем повторного и оборотного водоснабжения
- а – повторного использования воды с установкой накопителя и насоса:
- 1 – технологическое оборудование для использования водопроводной воды;
- 2 – технологическое оборудование для использования отработанной воды;
- 3 – накопитель;
- 4 – насос;
- 5 – водопровод; v
- 6 – трубопровод, подающий отработанную воду в накопитель;
- 7 – трубопровод, подающий отработанную воду для повторного использования;
- 8 – трубопровод для сброса избытков отработанной воды;
- 9 – трубопровод для сброса использованной воды в канализацию;
- б – схема оборотного водоснабжения для мойки (промывки) сырья, полуфабриката и готового продукта:
- 1 – промыватель на необоротной воде;
- 2 – поток промываемого вещества;
- 3 – промыватель на водопроводной воде;
- 4 – поток промытого вещества;
- 5 – аппарат для очистки оборотной воды, например отстойник;
- 6 – насос;
- 7 – трубопровод, подающий очищенную воду;
- 8 – трубопровод, подающий загрязненную воду;
- 9 – водопровод;
- 10 – канализация.
Если при первом использовании вода в системе водоснабжения загрязняется, ее подают в очистные сооружения, после чего очищенную воду с помощью насосов вновь направляют для участия в технологическом цикле. В канализацию уходит небольшая часть воды с загрязнениями. Потери восстанавливают свежей водой. В системах оборотного водоснабжения можно использовать даже сточные воды после их биологической очистки.
Пример оборотного использования воды – охлаждающая вода в холодильных агрегатах. Нагревшуюся в конденсаторах агрегатов воду охлаждают в градирных или брызгальных бассейнах и снова подают в конденсаторы. На предприятиях молочной промышленности повторно используют воду в пластинчатых пастеризационно-охладительных линиях.
Оборотное водоснабжение позволяет уменьшить расход свежей воды в десятки раз. Экономия свежей воды способствует сохранению водных ресурсов. При повторном и оборотном водоснабжении резко уменьшается количество сточных вод, тем самым меньше загрязняются водоемы.
На предприятиях нужно добиваться сокращения водопотребления свежей воды и водоотвода. Для этого необходимо внедрять безотходные технологические процессы и системы водоснабжения с повторным и оборотным использованием воды по замкнутому циклу с полной ее регенерацией.
Технология
Замкнутые рыбоводные установки зародились в США в середине 20 века. Их использование было обосновано американской национальной программой восстановления численности естественных популяций форели в северо-западных штатах США.
Сегодня Установки Замкнутого Водоснабжения (УЗВ) активно используется аквакультурными хозяйствами по всему миру.
Основной задачей УЗВ является искусственное создание среды обитания гидробионтов, обеспечивающей максимальный выход товарной продукции в сокращённые сроки при сохранении качества товара. Кроме того, к такого вида установкам предъявляются требования эффективного использования водных ресурсов - минимальная подпитка, использование оборотной воды.
Круглогодичное выращивание гидробионтов в закрытых аквакультурных фермах исключает режимы зимовки, тем самым интенсифицируется процесс роста. Чем качественней технология, тем тем лучше среда обитания и, как следствие, выше темпы роста рыбы. Кроме того, качественно очищенная вода позволяет повысить плотность посадки рыбы и более эффективно использовать производственные площади.
Современная технология замкнутого водоснабжения заключается в следующем:
Бассейны
Средой обитания гидробионтов в технологической линии являются бассейны с подготовленной водой. Главная задача всего технологического процесса – очистка оборотной воды, поскольку от 85-95 % воды, слитой из рыбных бассейнов, возвращается в систему и требует удаления из неё продуктов жизнедеятельности рыб для дальнейшего возврата.
Механическая очистка
Очистка начинается с механической фильтрации. Наиболее эффективные устройства для этой операции – барабанные фильтры, представляющие собой вращающийся в корпусе микросетчатый барабан. Барабан требует периодической промывки отфильтрованной водой, тем самым решается две задачи – очистка барабана от твёрдых нерастворённых частиц (фекалии рыб, не съеденный корм) и выведение из оборотной системы воды с накопленными вредными веществами (нитраты, сульфаты). Важным моментом при транспортировке воды к механическим фильтрам является создание самотёчной системы. Такая транспортировка не разбивает взвешенные частицы и не растворяет их в воде, тем самым повышая качество механической очистки. Кроме того повышается энергоэффективность линии за счёт исключения дополнительных насосных групп.
Биологическая очистка
Следующим этапом очистки воды является процесс удаления из воды растворённого азота – биофильтрация. Продукты жизнедеятельности рыб, не съеденный корм вызывают аккумуляцию аммонийного азота в воде, который крайне токсичен для гидробионтов. Решением данной задачи является перевод аммонийного азота в нитраты, концентрация в воде которых может быть в сотни раз выше аммонийного азота без ущерба для живущих в воде рыб. Такая химическая реакция возможна благодаря биоорганизмам – бактериям, живущим на поверхностях биофильтра. Биофильтр представляет собой ёмкость (зачастую бетонную, заглублённую в пол), которая заполнена элементами – биозагрузкой, на поверхностях которой селятся колонии бактерий. Ёмкость биофильтра – биореактор, наполняется водой и подвергается аэрации. Воздух создаёт барботажный эффект, что интесифицирует процесс, а также снабжает биофильтр необходимым кислородом. Кроме того, интенсивная аэрация в биофильтре способствует удалению из воды накапливаемого от дыхания рыб углекислого газа.
Насосное оборудование
Дальнейшая очистка воды осуществляется в потоке, поэтому после биофильтра установлена насосная группа. К бассейну-сумматору, из которого осуществляется забор воды насосами, подведён источник чистой воды. Таким образом, в бассейне-сумматоре осуществляется подпитка чистой водой в количестве, равном удалённой со стоками воды. Обычно эта величина на уровне 5-15 %.
Денитрификация
После биофильтра для ряда видов рыб, в том числе для осетровых, решается вопрос денитрификации. Несмотря на высокие допустимые нормы концентрации нитратов в воде, их количество непрестанно растёт и требует удаления из системы. Осуществляется это либо за счёт увеличения ежесуточной подпитки, либо введением в технологию денитрификатора. Денитрификатор – это тот же биофильтр, только закрытого типа (без доступа кислорода). В денитрификаторе за счёт бактерий идет разложение нитратов на свободный азот. Процесс денитрификации протекает при постоянной подпитке источником углерода. В большинстве случаев это метанол. Все денитрификаторы имеют невысокую пропускную способность по воде, поэтому устанавливаются в систему байбасом, т.е. пропуская через себя только часть потока.
Регулировка рН
В процессе биофильтрации и денитрификации снижается щелочной показатель воды, уровень pH. Его необходимо регулировать путём периодического внесения в бассейн сумматор щёлочи. Для таких целей применяется обычная пищевая сода.
Обеззараживание
Следующая стадия включает в себя дезинфекцию воды. Наиболее эффективна двухэтапная дезинфекция. Первый этап – ультрафиолетовое облучение путём пропускания воды через ультрафиолетовые лампы. Второй этап – обработка воды озоном. Для этого устанавливается озонатор, который сам вырабатывает озон и растворяет его в воде.
Подогрев воды
В процессе очистки воды и после ее подпитки из источника, температура воды падает. Необходимо довести технологическую воду до температуры, соответствующей биотехническому нормативу. Для этого используется теплообменник, который как и денитрификатор устанавливается байпасом. К теплообменнику подводиться источник тепла – горячая вода температурой 80-90 ºС.
Оксигенация
Подготовка воды перед подачей в бассейны завершается насыщением её кислородом. Вода пропускается через кислородный конус – оксигенатор, к которому подведён источник кислорода (кислородная станция или баллоны с кислородом), и в нём происходит насыщение воды до заданных параметров. Подготовленная вода подаётся в бассейны таким образом, чтобы создать течение в бассейне.
Система мониторинга
Контроль работы линии осуществляется системой мониторинга, которая обычно включает в себя датчики кислорода, температуры и рН.
Кормление
Кормление рыб автоматизировано. В бункер кормушек засыпается комбикорм, задаётся порция кормления и устанавливается таймер, после чего кормушка сама выбрасывает корм в заданное время.
Статья 72. Общие требования к оборотным и замкнутым системам водоснабжения
1. Схемы водоснабжения могут проектироваться с оборотом воды, общим для всего промышленного объекта или объекта иной хозяйственной деятельности (далее - объект хозяйственной деятельности), или в виде замкнутых циклов для отдельных производств, цехов или установок.
2. 2. Число охлаждающих систем оборотного водоснабжения на объекте хозяйственной деятельности определяется в зависимости от технологии производства, требований, предъявляемых к качеству, температуре, давлению воды, размещению потребителей воды. Для уменьшения диаметров и протяженности трубопроводов водопроводных сетей применяются раздельные системы оборотного водоснабжения по отдельным производствам, цехам или установкам с максимально возможным приближением их к потребителям воды.
3. 3. Проектная документация на строительство системы оборотного водоснабжения должна предусматривать отвод воды от технологических установок без разрыва струи с напором, достаточным для подачи воды на охладители, за исключением случаев, когда разрыв струи обусловлен конструкцией установок.
4. 4. В системах оборотного водоснабжения используются воды, забранные из водных объектов, или сточные воды после соответствующей их обработки. Очищенные сточные воды, используемые в системах оборотного водоснабжения, должны отвечать требованиям санитарной безопасности.
5. 5. В целях предотвращения коррозии труб, оборудования и теплообменных аппаратов, биологических обрастаний, выпадения взвесей и солевых отложений на поверхностях теплообмена должна обеспечиваться соответствующая очистка и обработка добавочной и оборотной воды.
6. 6. Для систем оборотного водоснабжения должен составляться баланс воды, отражающий потери воды, необходимые сбросы и добавления воды в систему для компенсации убыли из нее.
7. 7. Обезвреживание и отведение продувочных вод систем оборотного водоснабжения осуществляются в соответствии с требованиями технического регламента - федерального закона о водоотведении.
8. 8. Проектная документация на сооружения и оборудование систем оборотного водоснабжения разрабатывается с учетом возможных максимальных нагрузок на эти сооружения и оборудование