Ponowne wykorzystanie wody. Ponowne wykorzystanie i recykling wody w przemyśle

Kaftanczikowo – wieś w powiecie tomskim obwodu tomskiego, centrum administracyjne osady wiejskiej Zarechny. Ludność 1323 osoby. Wieś położona na lewym brzegu Tomka, 15 km od Tomska, w pobliżu wsi przebiega autostrada M53. W XVI wieku nad rzeką Tom żyło kilka grup Tatarów pod wodzą księcia Toyana. Książę Tojan złożył petycję do cara Borysa Godunowa, w której w imieniu „mieszkańców Tomska” prosił o zbudowanie twierdzy w dolnym biegu rzeki Tom i przyjęcie Tatarów Tomskich do obywatelstwa rosyjskiego. Na co Borys Godunow wyraził zgodę i w 1604 roku utworzono oddział do budowy rosyjskiej twierdzy. Latem 1604 roku zbudowano twierdzę. Następnie liczba ludności Tomska wzrosła. Osiedlali się tu rosyjscy chłopi. W 1626 r. żyło już 531 rodzin. Mieszkańcy musieli być zaopatrzeni w chleb, w 1605 r. pojawiły się pierwsze zboża, a ludzie zajęli się rolnictwem. Wsie osady wiejskiej Zarechny są jednymi z najstarszych u ujścia rzeki Tom, które powstały w latach 1627–1630. Lokalizacja wsi została wybrana dobrze: blisko...

2.3 Woda z recyklingu w rolnictwie
Woda poddana recyklingowi w rolnictwie zapewnia znaczne oszczędności w zużyciu wody. Rzeczywiście zużycie wody w sektorze agrozootechnicznym znacznie przewyższa zużycie w sektorze cywilnym i przemyśle. W przypadku Włoch liczby te wynoszą odpowiednio 60%, 15% i 25%. Zgodnie z przepisami europejskimi (uznanie postanowień Dyrektywy Europejskiej 91/271) obecnie preferuje się wodę pochodzącą z recyklingu, a podłączenie do głównego źródła wody – jeżeli woda nie jest przeznaczona do celów pitnych lub ichtiogenicznych – ogranicza się do przypadkach, gdy nie jest możliwe wykorzystanie oczyszczonych ścieków lub gdy koszty ekonomiczne są wyraźnie zaporowe. Ścieki dostarczane są bezpłatnie, a koszty inwestycyjne związane z organizacją systemów oczyszczania są odliczane od podstawy opodatkowania.
Należy wziąć pod uwagę, że wykorzystanie wody pochodzącej z recyklingu w rolnictwie nie zawsze jest możliwe, ale tylko wtedy, gdy np. grunt rolny, na którym ma być zastosowana taka technologia, znajduje się w bardzo odległym terenie lub na niższym poziomie n.p.m. .
Ścieki nie mogą być wykorzystywane, jeżeli ich skład chemiczny jest niezgodny z rolnictwem (nadmierna zawartość sodu i wapnia w stosunku do potasu i magnezu). Warto zaznaczyć, że śmiesznie niska aktualna cena zwykłej wody wodociągowej dostarczanej do nawadniania (określana kosztem pozwolenia na podłączenie do źródła lub wiercenie studni) nie zachęca do przechodzenia na wykorzystywanie do tych celów oczyszczonych ścieków. Technologia oczyszczania ścieków rolniczych różni się w zależności od rodzaju upraw, dla których jest przeznaczona. Aby nawodnić uprawy przeznaczone do spożycia na surowo, woda musi zostać oczyszczona poprzez flokulację, filtrację i dezynfekcję (czasami lagunę). Do nawadniania ogrodów i pastwisk – wyłącznie klarowanie poprzez flokulację (lub sedymentację biologiczną) i dezynfekcję; do nawadniania pól z uprawami niespożywczymi – sedymentacja biologiczna (i w razie potrzeby kąpiele zbiornikowe).

2.4 Regeneracja wód deszczowych
W indywidualnych budynkach mieszkalnych, apartamentowcach i hotelach woda deszczowa zgromadzona w zbiornikach retencyjnych może być z powodzeniem wykorzystywana w obiegach roboczych urządzeń sanitarnych, pralek, do sprzątania, podlewania roślin i mycia samochodów. Szacuje się, że w sektorze prywatnym aż do 50% dziennego zapotrzebowania na wodę można przekształcić na wykorzystanie odzyskanej wody deszczowej.
Woda deszczowa (bardzo miękka) ze względu na swoje właściwości w porównaniu do wody kranowej, daje najlepsze rezultaty, gdy jest wykorzystywana do podlewania roślin i prania odzieży. W szczególności taka woda nie tworzy osadów na rurach, mankietach i elementach grzejnych pralek oraz pozwala zmniejszyć ilość detergentu, nie mówiąc już o tym, że nie trzeba za to nikomu płacić. W sektorze publicznym można go polecić do podlewania terenów ogrodowych i mycia ulic. W przemyśle wodę deszczową można wykorzystać także w wielu obszarach produkcyjnych, co zapewnia znaczne oszczędności w kosztach wody i ma istotny wpływ na koszty procesów.
Należy pamiętać, że woda deszczowa nie wymaga specjalnego oczyszczania: wystarczy zwykłe filtrowanie, gdy spływa po dachach budynków i trafia do zbiorników retencyjnych.
W systemie regeneracji wody deszczowej, w zależności od tego, gdzie dokładnie znajduje się zbiornik magazynujący (np. zakopany w ziemi), może być wymagana pompa ciśnieniowa wody. Na ryc. Rysunek 5 przedstawia schemat takiego układu.
Woda deszczowa jest uważana za niezdatną do picia, dlatego też rurociągi doprowadzające i punkty poboru wody (krany, przyłącza do urządzeń AGD) muszą być oznaczone dobrze widoczną tabliczką ostrzegawczą: „woda nie nadaje się do picia”.

Wniosek
Do recyklingu mogą być kierowane zarówno ścieki bytowe, komunalne, jak i przemysłowe. Ponowne wykorzystanie jest dopuszczalne pod warunkiem zapewnienia całkowitego bezpieczeństwa środowiska (tj. nie powinno powodować szkód w istniejącym ekosystemie, glebie i roślinach uprawnych) oraz wyeliminowaniu zagrożenia dla miejscowej ludności w zakresie warunków sanitarno-higienicznych. Dlatego istotne jest, aby każdy taki projekt był ściśle zgodny z obowiązującymi przepisami dotyczącymi zdrowia i bezpieczeństwa, a także obowiązującymi branżowymi i rolniczymi kodeksami praktyk.
W większości przypadków, aby woda mogła zostać poddana recyklingowi, należy ją wstępnie oczyścić. O wyborze stopnia takiego czyszczenia decydują ustalone wymagania sanitarne i higieniczne oraz parametry kosztowe. Aby zorganizować dostawę wtórnej wody odzyskanej po oczyszczeniu, wymagany jest dedykowany rurociąg dystrybucyjny.
Zgodnie z rozporządzeniem 185/2003 istnieją trzy główne kategorie wykorzystania odzyskanej wody:
– systemy nawadniające: podlewanie roślin uprawnych przeznaczonych do produkcji artykułów spożywczych przeznaczonych do spożycia przez ludzi i zwierząt domowych oraz produktów nieżywnościowych, podlewanie terenów małej architektury, ogrodów i obiektów sportowych;
– cel cywilny: mycie chodników i chodników na terenach zaludnionych, zaopatrzenie w wodę sieci ciepłowniczych i sieci klimatyzacyjnych, zaopatrzenie w wodę wtórnych sieci wodociągowych (oddzielnych od wodociągu pitnego) bez prawa bezpośredniego korzystania z tej wody w budynkach cywilnych, z zastrzeżeniem z wyjątkiem systemów odwadniających toalety i łazienki;
– zastosowanie przemysłowe: zasilanie instalacji gaśniczych, obwodów produkcyjnych, instalacji myjących, cykli termicznych procesów produkcyjnych, z wyjątkiem zastosowań związanych z kontaktem wody odzyskanej wtórnie z produktami spożywczymi, farmaceutycznymi i kosmetycznymi.
Przed ponownym wykorzystaniem odzyskanej wody należy zapewnić określony poziom jakości, szczególnie w odniesieniu do wymogów higienicznych. Tradycyjne metody uzdatniania odprowadzanej wody są niewystarczające, aby zapewnić tę jakość. Obecnie pojawiają się nowe, alternatywne technologie czyszczenia i dezynfekcji, za pomocą których możliwe jest zmniejszenie poziomu drobnoustrojów, składników odżywczych i substancji toksycznych w wodzie oraz osiągnięcie wymaganego poziomu jakości wody przy stosunkowo niskim koszcie. Dokumentacja regulacyjna przedstawia minimalne dopuszczalne parametry jakościowe, jakie musi posiadać woda po regeneracji, jeżeli ma być przekazana do recyklingu. Określone wymagania (chemiczno-fizyczne i mikrobiologiczne) dla odzyskanej wody przeznaczonej do ponownego wykorzystania do celów nawadniania lub w instalacjach cywilnych podano w tabeli znajdującej się w załączniku do rozporządzenia 185/2003. Dla wody przeznaczonej do użytku przemysłowego ustalane są maksymalne dopuszczalne wartości w zależności od konkretnych cykli produkcyjnych. Budowa systemów odzyskiwania ścieków i ich późniejsze użytkowanie wymaga zezwolenia właściwych organów i podlegania okresowym kontrolom kontrolnym. Sieci dystrybucji wody pitnej muszą być specjalnie oznakowane i odróżniane od sieci dostarczania wody pitnej, aby całkowicie wyeliminować ryzyko zanieczyszczenia sieci dystrybucji wody pitnej. Punkty poboru wody takich sieci muszą być odpowiednio oznakowane i wyraźnie odróżniane od punktów poboru wody pitnej.
Jednocześnie, przy wszystkich korzyściach, jakie zapewnia nowoczesna technologia, oprócz korzyści bezpośrednich, wdrożenie działań mających na celu oszczędzanie zasobów wodnych może wiązać się również z pewnymi zagrożeniami.

Literatura
1. Akimova T.A., Khaskin V.V. Ekologia. Człowiek – Gospodarka – Biota – Środowisko: Podręcznik dla uniwersytetów. – M.: JEDNOŚĆ – DANA, 2000.
2. Woronow Yu.V. Utylizacja wody i oczyszczanie ścieków. Podręcznik dla uniwersytetów. M., 2004.
3. Krasiłow V.A. Ochrona przyrody: zasady, problemy, priorytety. M., 2001.
4. Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. Ekologia. – M.: Drop, 1995.
5. Krivoshein D.A., Ant L.A. Ekologia i bezpieczeństwo życia: Podręcznik. podręcznik dla uniwersytetów / wyd. LA. Mrówka. – M.: JEDNOŚĆ – DANA, 2000.
6. Moiseev N.N. Człowiek i biosfera. M.: Unisam, 1999.
7. Nowikow Yu.V. Ekologia, środowisko i ludzie: Proc. podręcznik dla uniwersytetów. – M.: Agencja FAIR, 1998.
8. Protasov V.F., Molchanov A.V. Ekologia, zdrowie i zarządzanie środowiskiem w Rosji. / wyd. V.F. Protasowa. – M.: Finanse i Statystyka, 1995.
9. Reimers N.F. Ochrona przyrody i środowiska człowieka. M., 2000.
10. Stepanovskikh A.S. Ekologia ogólna: Podręcznik dla uniwersytetów. – M.: JEDNOŚĆ – DANA, 2000.
11. Stadnitsky G.V., Rodionov A.I. Ekologia: podręcznik. podręcznik dla technologów chemii. uniwersytety – M.: Wyżej. szkoła, 1988.
12. Khatuntsev Yu.L. Ekologia i bezpieczeństwo ekologiczne. M., 2002.
13. Hwang T.A., Hwang PA. Podstawy ekologii. – Rostów n/d.: Phoenix, 2001.
14. Tsvetkova L.I., Alekseev M.I. Ekologia: Podręcznik dla uczelni technicznych./Wyd. LI Cwietkowa. – M.: Wydawnictwo ASV; Petersburg: Khimizdat, 1999.
15. Shilov I. A. Ekologia. M., 2001.
16. Ekologiczne podstawy zarządzania środowiskiem: Podręcznik. zasiłek./wyd. EA Arustamova. – M.: Wydawnictwo Dalikova i K., 2001.

Ogromna ilość wody jest zużywana na potrzeby przemysłu i gospodarstw domowych. Sytuację pogarsza zrzut zanieczyszczonej cieczy do zbiorników wodnych. Zwracając uwagę na ochronę środowiska i ekonomiczne aspekty działalności, wiele przedsiębiorstw przechodzi na zaopatrzenie w wodę pochodzącą z recyklingu. Metoda ta polega na wielokrotnym wykorzystaniu zasobów wody. Zmniejszenie zużycia świeżej wody i odprowadzania ścieków prowadzi do tańszych dostaw wody.

Jak działa zamknięty system zaopatrzenia w wodę?

Najbardziej obiecującą opcją zmniejszenia zużycia wody jest tworzenie systemów zamkniętych. Ścieki są oczyszczane za pomocą specjalnego sprzętu i ponownie wykorzystywane. Elementy systemu zaopatrzenia w wodę do recyklingu zależą od ilości ścieków i wymagań dotyczących jakości oczyszczonej cieczy. Instalacje progresywne można znaleźć w halach produkcyjnych, elektrowniach jądrowych i cieplnych, myjniach samochodowych i domach wiejskich z autonomicznymi źródłami energii.

P – produkcja; OS – oczyszczalnia ścieków, PS – przepompownia, chłodzenie OX

W zależności od procesów produkcyjnych woda może zostać zanieczyszczona już za pierwszym razem lub może nie wymagać oczyszczania przez długi czas. System zamknięty jest konieczny w kilku przypadkach:

1. Wykorzystywane źródło nie posiada wystarczającej ilości wody, aby zaspokoić potrzeby przedsiębiorstwa.
2. Źródło zlokalizowane jest w dużej odległości od warsztatów produkcyjnych (do 4 km), położone na znacznej wysokości (25 m i więcej).

Jest niezastąpiony w rejonach o wysokich kosztach wody, nadmiernej twardości czy zanieczyszczeniu źródła, w przypadku realnego niebezpieczeństwa zatrucia przyrody ściekami. Kompleksy lecznicze, w zależności od ich przeznaczenia, obejmują od jednego do sześciu etapów. Wśród nich: podczyszczanie w osadnikach, elektroflotacja, filtracja, adsorpcja, odwrócona osmoza.

Elektroflotator to jednostka, której działanie opiera się na zasadach elektrolizy. Zapewnia usunięcie z wody związków chemicznych i cząstek zawieszonych. Wskaźniki oczyszczania zanieczyszczeń produktami naftowymi wahają się od 75 do 90%, a pozostałości PVA – od 50 do 70%.

Konstrukcje chłodnicze obejmują osadniki, wieże chłodnicze i stawy rozpryskowe. W wodoodpornych dołach woda jest cięta na rozpryski za pomocą specjalnych dysz i chłodzona prądami powietrza.

Częściami konstrukcyjnymi sieci zamkniętej są rurociągi zasilające i powrotne, pompy obiegowe, oczyszczalnie i filtry oraz urządzenia chłodnicze. Dla zbiorników cierpiących na zrzut źle oczyszczonych ścieków lub gorącej wody taki system staje się prawdziwym zbawieniem.

Instalacja obiegu wody w produkcji

Informacja. Oprócz otwartych systemów chłodzenia istnieją konstrukcje zamknięte, w których woda nie ma kontaktu z powietrzem. Spadek temperatury następuje z powodu wymienników ciepła.

Korzyści z ponownego użycia

Wysokie koszty zakupu i instalacji urządzeń do recyklingu wody nie stają się przeszkodą we wprowadzaniu nowoczesnych technologii w przedsiębiorstwach.

• Zapotrzebowanie na wodę zmniejsza się 10 razy.
• Znaczące oszczędności finansowe.
• Odpowiedzialne podejście do środowiska i racjonalne wykorzystanie zasobów.
• Brak kar za brudne ścieki.

Zasada systemu zamkniętego

Kompleksy obrotowe w przemyśle

Właściciele przedsiębiorstw, którzy dbają o środowisko i wiedzą, jak liczyć zyski, przechodzą na metodę postępową – recykling zaopatrzenia w wodę. Zakres jego zastosowania jest dość szeroki:

Energia

Przedsiębiorstwa branży energetycznej – elektrownie cieplne i jądrowe – potrzebują wody do chłodzenia turbin lub jako czynnika roboczego – pary. Zaopatrzenie obiektów w wodę techniczną odbywa się poprzez dwa systemy:

• przepływ bezpośredni;
• do negocjacji.

Proces przebiega w następujący sposób: para jest dostarczana do chłodni kominowych, schładzana i skraplana. Za pomocą pompy woda służy do chłodzenia turbin i mechanizmów pomocniczych. Wodę pobiera się z naturalnego źródła w celu uzupełnienia strat nieuniknionych w procesach technologicznych.

Schemat wieży chłodniczej

Metalurgia

W wielu procesach technologicznych woda wykorzystywana jest wyłącznie do chłodzenia. Nie brudzi się, a jedynie nagrzewa, dlatego po wystygnięciu można go ponownie używać. W przedsiębiorstwach metalurgicznych system recyklingu wody jest bardziej skomplikowany. Ciecz nagrzewa się i zostaje zanieczyszczona różnymi zanieczyszczeniami. Dalsze wykorzystanie w oczyszczaniu gazu będzie wymagało stawów chłodniczych lub wież chłodniczych i mechanicznych filtrów czyszczących.

Rafinacja ropy

W nowoczesnych rafineriach ropy naftowej 95–98% całej zużywanej wody odbywa się w obiegu zamkniętym, obejmującym filtrację i lokalne uzdatnianie. Dla przemysłu chemicznego opracowywane są systemy zamknięte, które nie wymagają odprowadzania ścieków do zbiorników wodnych.

Przemysł spożywczy

Recykling zaopatrzenia w wodę jest popularny w przedsiębiorstwach przemysłowych. Na tej zasadzie działają systemy mycia pojemników, opakowań i surowców. Stosowany jest w urządzeniach chłodniczych.

Inżynieria mechaniczna

Fabryki maszyn wykorzystują wodę w procesach cynkowania części. Zamknięty system zmniejsza jego zużycie o 90%. Zastosowanie wyparnicy w układzie zamkniętym pozwala na przesłanie koncentratu solnego do przerobu. Oczyszczona ciecz służy do mycia części, a produkty z koncentratu służą do przygotowania roztworów elektrolitycznych.

Metoda progresywna jest stosowana w produkcji papieru i celulozy, w przemyśle wydobywczym, w myjniach pojazdów i pralniach.

W środowisku przemysłowym nie da się uniknąć utraty wody. Częściowe zmniejszenie jego objętości następuje w wyniku parowania. Poziom mineralizacji w pozostałej cieczy wzrasta. Prowadzi to do negatywnych konsekwencji: aktywnej korozji i osadzania się soli. Dodanie świeżej wody jest ważne, aby przywrócić ilość i skład krążącego płynu.

Schematy systemów zaopatrzenia w wodę obiegową

Uwaga. Straty cieczy w sieci zamkniętej wynoszą 3-5%. Uzupełniane są świeżą wodą ze źródła.

Montaż systemu rewersyjnego dla myjni samochodowej

Procesom technologicznym związanym z myciem samochodów towarzyszy zużycie dużych ilości wody oraz zanieczyszczenie ścieków produktami naftowymi i PVAL. Aby ograniczyć ryzyko przedostania się niebezpiecznych związków do środowiska naturalnego, wprowadzany jest system ponownego wykorzystania ścieków. Zainstalowanie zamkniętego systemu zaopatrzenia w wodę przy zlewozmywakach pozwala zaoszczędzić do 90% wody i 50% detergentów.

System zamknięty na myjni samochodowej

Uwaga. Do umycia 10 samochodów potrzeba 1 m3 wody; przy zastosowaniu systemu z recyrkulacją taką ilością płynu można umyć do 50 samochodów.

Ścieki techniczne na myjni samochodowej przechodzą kilka etapów oczyszczania:

1. Ścieki trafiają do osadnika, czyli zbiornika magazynowego. Filtracja mechaniczna usuwa z wody duże cząsteczki zanieczyszczeń.
2. Ciecz dostarczana jest za pomocą pompy ciśnieniowej do flotatora membranowego. Tutaj sprężone powietrze przepuszczane jest przez ceramiczne membrany w celu nasycenia ścieków bąbelkami. W rezultacie tworzy się piana, która pochłania pozostałe produkty olejowe i detergenty. Flotacja ciśnieniowa usuwa drobny osad i zawiesinę. Cząstki te trafiają do zbiornika magazynowego, skąd są okresowo usuwane do dalszej obróbki.
3. Za flotatorem woda wpływa do pojemników z filtrami, które usuwają pozostałe cząstki. Instalacja jest przeznaczona do wielokrotnego użytku, filtry są regularnie myte wodą z odwrotnym przepływem, która trafia do zbiornika retencyjnego ścieków.

Schemat ponownego zaopatrzenia w wodę do mycia

Do ostatecznej obróbki cieczy stosuje się obróbkę chemiczną (dodawanie odczynników) i biologiczną. Całkowite usunięcie zanieczyszczeń następuje za pomocą mikroorganizmów.

Pomieszczenia myjni wyposażone są w dwa obiegi wodne. Zasilają potężne urządzenia czyszczące pojazdy. Jeden obieg jest napełniony świeżą wodą, a drugi wodą z recyklingu. Płyn użyty po obróbce wykorzystywany jest w praniu podstawowym. Stosuje się go przy nakładaniu środków piorących i piany do płukania wstępnego. Końcowe płukanie maszyn odbywa się świeżą wodą.

Uwaga. Spłukiwanie bezpośrednią wodą zapobiegnie pojawianiu się białych smug na powierzchni pojazdu.

Zaopatrzenie myjni w wodę pochodzącą z recyklingu wynosi 90%, a woda świeża do płukania – 10%. Oczyszczalnie ścieków mają różną wydajność - od 3 do 40 m 3 /godz. Najpopularniejsze są systemy małej mocy, stosowane w większości myjni ręcznych i automatycznych. Instalacje o dużej wydajności przeznaczone są do dużych kompleksów myjących z systemami portalowymi i tunelowymi. Ich podstawowe wyposażenie:

• osadniki;
• filtry;
• system flokulacji;
• czujniki i manometry;
• lakierki.

W razie potrzeby kompleksy uzupełniane są urządzeniami do zmiękczania wody, aeratorami, dozownikami odczynników i innymi urządzeniami. Liczba cykli ponownego użycia zależy od możliwości sprzętu. Wynosi od 50 do 70 obrotów z czyszczeniem. Cykl kończy się zebraniem i usunięciem cieczy.

System odwracalny dla domu wiejskiego

W domach prywatnych, gdzie istnieje możliwość oddzielenia sieci kanalizacyjnej i wodociągowej, praktykuje się instalowanie systemu zamkniętego, który kilkukrotnie zmniejsza ilość zużywanej świeżej wody. Jego wdrożenie jest skutecznym sposobem na oszczędzanie zasobów. System działa na zasadzie odwróconej osmozy. Jedną z jego cech jest konieczność okresowej wymiany starej wody.

Sprzęt do systemu recyklingu wody

Uwaga. Jedną z zalet zaopatrzenia wiejskiej chaty w wodę z recyklingu jest wydłużenie żywotności autonomicznej studni.

Instalacja specjalnego sprzętu umożliwia zapewnienie działania obiegu wody. Obejmuje filtry wielostopniowe, różne odczynniki i koagulanty, które dostosowują skład chemiczny cieczy do standardów sanitarnych. Potężna oczyszczalnia łączy w sobie trzy rodzaje procesów:

• mechaniczny;
• chemiczny;
• biologiczny.

Monitoring sieci odbywa się automatycznie; wskaźniki są sprawdzane pod kątem zgodności z określonymi parametrami. Aby utrzymać efektywne działanie kompleksu, wymagane są określone warunki klimatyczne:

• instalacja systemu wentylacji zapewniającego cyrkulację powietrza;
• temperatura nie jest niższa niż +5 0.

Zamknięta konstrukcja może mieć ogrzewanie i instalację wodno-kanalizacyjną. W tym drugim przypadku następuje rozwój biocenoz – zbioru mikroorganizmów. Okresowe mycie pojemników i rur pomoże zapobiec biologicznemu zanieczyszczeniu komponentów. Specjalne substancje polialkilenoguanidyny zapewniają ochronę przed kilkoma czynnikami niszczącymi: korozją, solami i biofoulingiem.

Rury metalowe służą do instalacji wodociągowej. Materiał ten jest mocny i trwały, jednak pod wpływem zmian składu wody zachodzą procesy korozyjne. Używanie plastiku to najlepszy sposób na efektywny recykling. Polimery są obojętne na wilgoć, substancje chemiczne i biologiczne, dlatego polecane są do tworzenia sieci zamkniętych.

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania przemysłu na wodę wysokiej jakości, oszczędzanie wody oraz zmniejszenie zużycia wody i odpadów osiąga się poprzez ponowne wykorzystanie i recykling.

Użycie wielokrotne lub sekwencyjne oznacza wykorzystanie wody w systemie otwartym w dwóch kolejnych, ale różnych procesach, w niektórych przypadkach z pośrednim pompowaniem lub oczyszczaniem wody. Drugi proces ma zwykle mniejsze zapotrzebowanie na wodę niż pierwszy i dlatego może wykorzystywać wodę o niższej jakości. Najczęstszym przykładem jest wykorzystanie wody najpierw do wymienników ciepła lub skraplaczy, a następnie do płukania. Inny przykład: ścieki z toalet i laboratoriów są zbierane, poddawane oczyszczaniu biologicznemu, neutralizowane, a następnie po dodatkowym oczyszczeniu wykorzystywane jako woda uzupełniająca w otwartych układach chłodniczych. Podejmowane są specjalne środki w celu kontroli właściwości fizycznych wody, takich jak temperatura i zawartość zawieszonych ciał stałych, a także wszelkich czynników, które mogą sprzyjać rozwojowi bakterii.

Krążenie oznacza nieograniczone ponowne wykorzystanie tej samej wody w tym samym procesie, przy czym woda jest dodawana wyłącznie w celu uzupełnienia strat, których nie można uniknąć: strat spowodowanych przedmuchem systemu lub stratami spowodowanymi parowaniem.

Współczynnik cyrkulacji może być bardzo wysoki, co skutkuje stężeniem soli nieorganicznych lub organicznych lub stopniową akumulacją zawieszonych cząstek stałych i koniecznością ciągłego uzdatniania wody. Dlatego należy monitorować następujące wskaźniki jakości wody obiegowej:

• zawartość siarczanów i węglanów metali ziem alkalicznych - aby zapobiec ich wytrącaniu;
• ilość wszystkich rozpuszczonych soli nieorganicznych - aby zapobiec wzrostowi przewodności elektrycznej wody i zwiększonej korozji;
• ilość rozkładającej się materii organicznej, soli amonowych i fosforanów, które sprzyjają rozwojowi bakterii tlenowych i beztlenowych;
• zawartość detergentu - aby zapobiec pienieniu i innym niepożądanym zjawiskom;
• ilość substancji osadzających się i zawieszonych – aby zapobiec zabrudzeniu sprzętu;
• temperaturę, aby uniknąć pośredniego ochłodzenia lub zrzutu nadmiernie gorącej wody do rzeki.

Współczynnik cyrkulacji

W zależności od tego, czy w procesie cyrkulacji następuje parowanie wody, współczynnik cyrkulacji można wyrazić na dwa sposoby. Współczynnik koncentracji:

gdzie C jest stosunkiem ilości wody uzupełniającej a do sumy strat wody w wyniku porywania kropel i natężenia przepływu podczas oczyszczania instalacji p.

W układach chłodniczych z otwartymi wieżami chłodniczymi, pod warunkiem, że otaczające powietrze jest czyste, C jest w przybliżeniu równe stosunkowi zawartości zasolenia wody obiegowej w układzie S do zawartości zasolenia wody uzupełniającej s:

C = S/s = a/p.

W układach chłodzenia skraplaczy i wymienników ciepła C zwykle waha się od 1,5 do 6, ale w skrajnych przypadkach osiąga wartości od 20 do 40.

Ponieważ węglany można łatwo usunąć podczas uzdatniania wody uzupełniającej, głównym czynnikiem ograniczającym są zazwyczaj siarczany.

Podczas oczyszczania gazów spalinowych stężenie powstałe w wyniku parowania jest uzupełniane przez rozpuszczanie niektórych gazów i soli. W tym przypadku stosunek stężeń nie odzwierciedla już wzrostu zawartości soli, która może być znacznie większa w obecności niektórych ze wskazanych związków lub odwrotnie, mniejsza w obecności związków wytrącających się lub zaadsorbowanych.

Współczynnik cyrkulacji R. Jeśli nie ma parowania lub jest ono praktycznie nieistotne, wówczas R jest stosunkiem przepływu wody obiegowej Q do przepływu wody uzupełniającej:

Projektując przemysłowy system cyrkulacji, należy zwrócić szczególną uwagę na niekontrolowane warunki ograniczające współczynnik cyrkulacji, a zwłaszcza wzrost temperatury. Należy także uwzględnić obecność w wodzie siarczanów, wynikającą ze stosowania w przygotowaniu wody nieorganicznych koagulantów.

Celem oczyszczania całości lub części przepływu cyrkulacyjnego jest ograniczenie gromadzenia się powyższych szkodliwych związków.

W zależności od właściwości usuwanych połączeń można zastosować jeden z poniższych procesów:

• ogólne odsalanie metodą wymiany jonowej lub odwróconej osmozy; ten ostatni proces jest powszechnie stosowany do uzdatniania wody w zastosowaniach galwanicznych;
• klarowanie wody poprzez osadzanie w celu usunięcia pyłu dostającego się do wody podczas oczyszczania gazu lub cząstek, które dostają się do wody podczas niszczenia różnych materiałów;
• filtrowanie przez złoże ziarniste w celu usunięcia cząstek tlenku i różnych cząstek krystalicznych.

Jeżeli w wodzie obiegowej znajdują się zanieczyszczenia w małych ilościach i wymagane jest częściowe zmniejszenie ich stężenia, oczyszczaniu poddawana jest tylko część wody w instalacji (od 5 do 50%); część obejściowa przepływu cyrkulacyjnego jest poddawana obróbce w celu zmniejszenia zasadowości i twardości wody, a pył atmosferyczny wychwycony przez wodę chłodzącą jest usuwany poprzez filtrację.

W powyższych procesach czyszczenia nie należy stosować koagulantów mineralnych; Zamiast tego lepiej jest stosować różne polielektrolity. Oczyszczaniu wody obiegowej często towarzyszy obróbka antykorozyjna lub obróbka zapobiegająca tworzeniu się osadów i biofoulingu.

OSZCZĘDNOŚĆ WODY I ENERGII W GOSPODARCE MIEJSKIEJ
ZASTOSOWANIE NOWOCZESNYCH TECHNOLOGII MEMBRANYCH

Problem oszczędzania energii i zasobów w mieszkalnictwie i usługach komunalnych jest dziś jednym z najczęściej dyskutowanych. Infrastruktura inżynieryjna, a w szczególności gospodarka wodna miasta, ma ogromny potencjał w zakresie oszczędzania energii i zasobów, co jest już dość dobrze omówione w literaturze. W naszym artykule chcielibyśmy poruszyć szereg obszarów bezpośrednio związanych z wykorzystaniem ścieków i ich potencjałem energetycznym, ich oczyszczaniem i ponownym wykorzystaniem.

Prawdziwym źródłem energii są ścieki. Według profesora Uniwersytetu Kalifornijskiego George'a Chobanoglusa z 1 m3 ścieków można uzyskać prawie 42 MJ energii cieplnej, gdy obniży się ich temperaturę o 10°C, a przerób substancji organicznych zawartych w ściekach może wynieść od 3 do 6 MJ na 1 m 3. Ponadto w budynkach wysokościowych istnieje możliwość wykorzystania energii potencjalnej wody spływającej pionami kanalizacyjnymi do częściowego zwrotu kosztów energii za jej wzniesienie, jednak wiąże się to z szeregiem obiektywnych trudności i nie jest obecnie poważnie rozważane .

Energia cieplna ścieków

Pomysł pozyskiwania energii cieplnej ze ścieków powstał już dość dawno temu, jednak technologie są wciąż w fazie rozwoju i testów. W zależności od warunków klimatycznych i pory roku ścieki mają temperaturę od 6-12 do 20-30°C, czyli są źródłem ciepła niskotemperaturowego, a do wytworzenia energii elektrycznej lub ciepła wysokogatunkowego wymagane są dodatkowe urządzenia dla elektrowni cieplnych, systemów grzewczych lub zaopatrzenia w ciepłą wodę - z reguły są to pompy ciepła. Powstałe ciepło w najbardziej racjonalny sposób wykorzystywane jest do pierwotnego podgrzewania wody w stacjach cieplnych lub w instalacjach grzewczych i ciepłej wody użytkowej budynków.

Co ciekawe, instalacje wymiany ciepła instalowane na przydomowych kanalizacjach służą nie tylko do ogrzewania budynków w zimie, ale także do skutecznego usuwania nadmiaru ciepła z instalacji klimatyzacyjnych w ciepłych porach roku (ryc. 1).

W Rosji technologię tę przetestowano w ramach eksperymentu przemysłowego w okręgowej stacji cieplnej (RTS) nr 3 w Zelenogradzie. Ciepło odzyskane ze ścieków bytowych z głównej pompowni zakładu Zelenogradvodokanal zostało wykorzystane do podgrzania wody użytkowej przed kotłami parowymi. Do przekazywania ciepła zastosowano kolejno dwa czynniki chłodzące: pośredni - wodę i główny (w pompach ciepła) - freon. Zapotrzebowanie na pośredni płyn chłodzący powstało ze względu na fakt, że przepompownia znajdowała się pół kilometra od terytorium RTS-3. Moc cieplna recyklingu wynosiła 1100-1400 kW przy przepływie ścieków 400 m 3 /h przy teoretycznie możliwej mocy około 2000 kW. Moc pobierana przez instalację pomp ciepła i pomp obiegowych wynosiła 550-680 kW.

Oczywisty sposób na zwiększenie efektywności urządzeń do odzysku ciepła poprzez zbliżenie źródła ciepła do odbiorcy doprowadził do pojawienia się oryginalnych rozwiązań dla prywatnych domów i mieszkań wykorzystujących lokalne podgrzewacze wody (rys. 2). W rzeczywistości urządzenie jest wymiennikiem ciepła o prostej konstrukcji: gładka rura miedziana włożona do rurociągu kanalizacyjnego i nawinięta na nią cienka rurka miedziana, przez którą zimna woda przepływa do podgrzewacza wody. Oczywiście wkład w podgrzewanie wody i oszczędność energii wyniesie nie więcej niż 30%, jednak prostota projektu i niski koszt mogą zainteresować konsumentów.

Największy sukces osiągnięto w dziedzinie produkcji biogazu z osadów ściekowych. Jak wspomniano powyżej, 1 m 3 cieczy odpadowej, w zależności od wartości BZT i ChZT, zawiera od 3 do 6 MJ potencjalnej energii cieplnej. Do oczyszczenia tej samej ilości ścieków potrzeba od 1,2 do 2,4 MJ (napowietrzanie, pompowanie i odwadnianie osadów, podgrzewanie komór fermentacyjnych itp.), dlatego energia zawarta w ściekach jest 2-4 razy większa niż jest to konieczne do ich czyszczenie. Należy zaznaczyć, że wskazaną ilość energii można uzyskać w wyniku całkowitego beztlenowego rozkładu wszystkich substancji organicznych zawartych w ściekach bytowych. W rzeczywistości w oczyszczalniach ścieków znaczna część materii organicznej ulega mineralizacji w oczyszczalniach biologicznych, a osady z osadników pierwotnych i wtórnych wykorzystywane są do „produkcji” biogazu w komorach fermentacyjnych. W komorach fermentacyjnych osad również rozkłada się tylko częściowo – mineralizacji ulega nie więcej niż 40-50% masy materii organicznej, a znaczne zwiększenie stopnia rozkładu materii bezpopiołowej wymaga znacznych kosztów. Nie będzie więc możliwe całkowite przekształcenie stacji napowietrzających w samowystarczalne.

Uderzającym przykładem wdrożenia tej technologii w Rosji jest elektrociepłownia o mocy 10 MW, zasilana biogazem z oczyszczalni ścieków Kuryanovsky (ryc. 3). W wyniku realizacji tego projektu 70 mln kWh, czyli 50% energii elektrycznej i ciepła, zaczęło być pozyskiwane przez OŚ z własnej produkcji.

Aby bezpośrednio wytwarzać energię elektryczną ze ścieków, w ostatnich latach opracowano mikrobiologiczne ogniwa paliwowe, w których mikroorganizmy zamieniają energię wiązań chemicznych substancji organicznych na energię elektryczną. Elementy takie pełnią podwójną funkcję, gdyż jednocześnie częściowo oczyszczają ścieki z zanieczyszczeń organicznych.

Ponowne wykorzystanie ścieków

Na całym świecie kolejnym krokiem w oszczędzaniu wody jest ponowne wykorzystanie ścieków bytowych. Oczyszczone ścieki wykorzystywane są do sztucznego uzupełniania wód gruntowych i powierzchniowych, uzupełniania źródeł zaopatrzenia w wodę pitną, do nawadniania i rolnictwa, do technicznego zaopatrzenia w wodę przedsiębiorstw przemysłowych, do zaopatrzenia w wodę przeciwpożarową i bytową (nie pitną), a nawet do picia zaopatrzenie w wodę!

Ponowne wykorzystanie ścieków można podzielić na kilka kategorii (ze względu na stopień oczyszczenia wody i przeznaczenie).

1. Techniczne zaopatrzenie w wodę i nawadnianie.
Wykorzystywane są tutaj ścieki komunalne (bytowe), które zostały poddane pełnemu oczyszczaniu biologicznemu i uproszczonemu oczyszczaniu końcowemu. Schemat oczyszczania końcowego obejmuje zazwyczaj ekrany mechaniczne z drobnymi szczelinami, szybkie filtry i dezynfekcję. Jednakże, gdy w głównych zakładach oczyszczania stosowane są bioreaktory membranowe, obróbka końcowa nie jest w ogóle wymagana.
Powstała woda technologiczna może zostać wykorzystana w przedsiębiorstwie do produkcji wody zdemineralizowanej. W tym przypadku następuje standardowy schemat obejmujący wstępne oczyszczanie (głębokie klarowanie i dezynfekcja), jeden lub dwa etapy odwróconej osmozy.

2. Zaopatrzenie gospodarstw domowych w wodę (sprzątanie, podlewanie, mycie samochodów, spłukiwanie toalet itp.).
Do tych celów wygodnie jest zastosować tzw. „szare odpływy” – z wanien i umywalek. W tym przypadku są one przetwarzane według uproszczonego schematu, obejmującego czyszczenie mechaniczne (usuwanie zanieczyszczeń i klarowanie) oraz dezynfekcję.
W przypadku odpadów komunalnych wymagane jest pełne oczyszczanie biologiczne, uzupełnione oczyszczaniem trzeciorzędnym, o którym mowa w ust. 1.

3. Zaopatrzenie w wodę pitną.
Dzieli się je z kolei na pośrednie (uzupełnianie naturalnych zasobów wody w źródłach zaopatrzenia w wodę pitną) i bezpośrednie. Wymaga to pełnego oczyszczania biologicznego i głębokiego oczyszczania trzeciego stopnia, zwykle obejmującego w końcowych etapach odwróconą osmozę.

Ponowne wykorzystanie ścieków do pośredniego zaopatrzenia w wodę pitną możemy częściowo zaobserwować na każdej dużej rzece, gdzie osady położone powyżej rzeki odprowadzają oczyszczone ścieki, które mieszają się z wodą rzeczną, a następnie po dodatkowym oczyszczeniu w warunkach naturalnych trafiają do ujęć położonych poniżej. W naszym artykule mamy na myśli celowe uzupełnianie zapasów wody w niepłynących źródłach zaopatrzenia w wodę - zbiornikach, jeziorach i poziomach podziemnych.

Jeśli chodzi o bezpośrednie zaopatrzenie w wodę pitną, dużą rolę odgrywa tu czynnik psychologiczny i tylko poważne powody mogą skłonić ludzi do zaakceptowania faktu, że będą pić wodę, która niedawno płynęła kanałem.

Takich przykładów w historii wodociągów jest niewiele, większość z nich pozostała w ramach eksperymentów prowadzonych za granicą w różnych latach. Oto kilka najbardziej typowych.

„Klasyczny” przykład: Windhoek, Namibia. Pierwsza miejska oczyszczalnia ścieków do zaopatrzenia w wodę pitną o wydajności 4800 m 3 /dobę. wybudowany został w 1968 r., a w latach 1997-2002 został przebudowany, zwiększając przepływ wody do 21 000 m 3 /dobę. Decydujący był brak dostępnych źródeł zaopatrzenia w wodę – albo wszystkie możliwe zasoby zostały już wykorzystane, albo ich zagospodarowanie nie było ekonomicznie opłacalne, w tym gromadzenie wody deszczowej w tym suchym i gorącym regionie.

Schemat oczyszczania był bardzo złożony i obejmował dozowanie sproszkowanego węgla aktywnego (WWA), ozonowanie pierwotne, dozowanie koagulantu i flokulanta, flotację, dozowanie nadmanganianu potasu (KMnO4) i sody kaustycznej (NaOH), filtrację na dwuwarstwowym wsadzie ziarnistym , ozonowanie wtórne, obróbka nadtlenkiem wodoru (H2O2), biosorpcja na granulowanym węglu aktywnym (GAC), sorpcja na GAC, ultrafiltracja i dezynfekcja ciekłym chlorem. Koszt oczyszczania wody wyniósł 0,76 USD/m3. Powstałą wodę zmieszano z wodą pitną pozyskiwaną z tradycyjnych źródeł wodociągowych bezpośrednio w miejskiej sieci dystrybucyjnej.

Przykład 2. W latach 1976-1982 amerykańska firma Pure Cycle Co. zainstalowali systemy kompleksowego oczyszczania ścieków bytowych w domach prywatnych w Kolorado w celu stworzenia obiegu zamkniętego i produkcji wody pitnej. Instalacja składała się z siatki do czyszczenia mechanicznego, bioreaktora z unieruchomionym biofilmem, filtra tkaninowego (workowego), membran ultrafiltracyjnych, filtra jonowymiennego, filtra GAC ​​oraz lampy bakteriobójczej. Ze względu na trudności finansowe firma wkrótce zaprzestała serwisowania swoich instalacji i zaprzestano ich użytkowania, jednak mieszkańcy przez pewien czas nadal je eksploatowali i domagali się od władz państwowych zgody na ich dalsze użytkowanie.

Przykład 3. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna. W 2009 roku na ISS dostarczono nową instalację do pozyskiwania wody pitnej z moczu i wilgoci skroplonej z atmosfery stacji (pary i potu wydzielanego przez człowieka). Schemat przetwarzania moczu obejmuje wieloetapową filtrację, destylację, utlenianie katalityczne i wymianę jonową.

Skalę ponownego wykorzystania ścieków dobrze charakteryzują następujące przykłady:

• Vulpin, Belgia. 6850 m 3 /dobę, doczyszczanie ścieków komunalnych w celu uzupełnienia zasobów wód podziemnych wykorzystywanych do zaopatrzenia w wodę pitną, program obejmuje mikrofiltrację, odwróconą osmozę i oczyszczanie ultrafioletem;
• Ipswich w Australii. m 3 /dobę, podczyszczanie ścieków komunalnych do chłodzenia urządzeń elektrowni cieplnej, program obejmuje mikrofiltrację i odwróconą osmozę;
• Pomarańcza, Stany Zjednoczone. m 3 /dobę, podczyszczanie ścieków komunalnych w celu uzupełnienia wód gruntowych, program obejmuje mikrofiltrację, odwróconą osmozę oraz oczyszczanie ultrafioletem i nadtlenkiem wodoru;
• Singapur, projekt „NEWater”. 5 stacji o łącznej przepustowości ok. 450 000 m 3 /dobę, podczyszczanie ścieków komunalnych w celu uzupełnienia ujęć wody wykorzystywanej do zaopatrzenia w wodę pitną, do celów przemysłowych oraz jako woda na cele niezdatne do spożycia, program obejmuje mikrofiltrację i odwróconą osmozę;
• Sulaybiya, Kuwejt. Największa na świecie oczyszczalnia ścieków 311 250 m 3 /dobę. (dla wody oczyszczonej) program obejmuje filtry siatkowe, ultrafiltrację (8704 urządzenia X-Flow, Norit), odwróconą osmozę (21 000 urządzeń Toray), wdmuchiwanie CO 2, chlorowanie. Oczyszczona woda wykorzystywana jest do celów przemysłowych, a koncentrat odwróconej osmozy odprowadzany jest do Zatoki Perskiej. Jakość oczyszczonej wody: zawiesiny, BZT, azot amonowy, azotany (wg N) – poniżej 1 mg/l, fosforany (wg PO4) – 2 mg/l, produkty naftowe – poniżej 0,5 mg/l, zawartość soli ogółem - 100 mg/l.

Można stwierdzić, że obecnie kluczową technologią ponownego wykorzystania ścieków jest technologia membranowa – w zdecydowanej większości przypadków systemy doczyszczania obejmują jeden lub więcej etapów separacji membranowej: mikro- lub ultrafiltrację oraz odwróconą osmozę. Można powiedzieć inaczej: bez odwróconej osmozy i ultrafiltracji wykorzystanie ścieków na tak dużą skalę w sektorze wodno-kanalizacyjnym byłoby niemożliwe.

Od ponad 10 lat technologia bioreaktorów membranowych do oczyszczania ścieków z sukcesem rozwija się na całym świecie. Początkowo zastosowanie ultrafiltracji zamiast sedymentacji wtórnej umożliwiło zmniejszenie wielkości struktur oraz zwiększenie wydajności i stabilności oczyszczania. Obecnie bioreaktory membranowe możemy uznać za rozwiązanie technologiczne, które pozwala na natychmiastowe uzyskanie w głównym łańcuchu technologicznym wody o jakości technicznej na potrzeby nawadniania, przemysłu i gospodarstw domowych.

Co ciekawe, trzy największe oczyszczalnie ścieków wyposażone w bioreaktory membranowe znajdują się w Chinach.

Dobrym przykładem systematycznej gospodarki ściekowej jest Australia, kraj o ograniczonych zasobach słodkiej wody. Jeden z dużych projektów został zrealizowany w rejonie Sydney, gdzie równolegle do wodociągu położono drugie źródło wody niezdatnej do picia na potrzeby gospodarstw domowych. System dostarcza wodę do ponad 60 tys. osób, a jej podaż wynosi 13 000 m 3 /dobę.

Łańcuch technologiczny składa się z następujących struktur:

• główne konstrukcje: ruszt, piaskownik, osadnik pierwotny, bioreaktor (zbiornik napowietrzający), osadnik wtórny;
• instalacje trzeciego stopnia oczyszczania: koagulacja siarczanem glinu, osadnik (trzeci stopień), filtr szybki. Po szybkich filtrach część wody jest dezynfekowana i uwalniana do terenów podmokłych, natomiast pozostała część trafia do mikrofiltracji membranowej (0,2 mikrona) i po dezynfekcji kierowana jest do sieci dystrybucyjnej.

Opłata za korzystanie z oczyszczonych ścieków w Sydney wynosi około 2068 dolarów/m 3 , podczas gdy koszt wody wodociągowej jest tylko nieznacznie wyższy i wynosi 2 168 dolarów/m 3 . Istnieje również roczna opłata ryczałtowa w wysokości 125 dolarów za przyłącze wody miejskiej i 34 dolarów za przyłącze wody niezdatnej do picia.

Farbą liliową oznaczono wodociąg, którym przepływają oczyszczone ścieki, rurociągi i armaturę; punkty poboru wody wyposażone są w tabliczki ostrzegawcze: „woda ponownie wykorzystana, nie pić”, „woda nie do picia” itp. (ryc. 4). Podobne oznakowanie stosuje się w USA, gdzie powszechne stały się systemy zaopatrzenia gospodarstw domowych w wodę niezdatną do picia, oparte na ściekach po oczyszczeniu.

Systemy ponownego wykorzystania wody mogą mieć zupełnie różne rozmiary – od całego miasta po jeden budynek i własne mieszkanie. W mieszkaniach można zastosować takie systemy jak System Recyklingu Wody Szarej AQUS (Rys. 5) czy System Recyklingu Wody Szarej Aqua2use (Rys. 6), które stanowią niewielki zbiornik zbiorczy z pompą o małej mocy i prostym mechanicznym systemem czyszczenia. Możliwe oszczędności wody przy zastosowaniu takich instalacji sięgają nawet 30%.

Istnieją również niemal ciekawe projekty (ryc. 7).