Водоиспользование на промышленных предприятиях – пути снижения водопотребления и оборотное водоснабжение.

Забор воды, т.е. ее извлечение и транспортировка к местам использования, ежегодно составляет около 3% водных запасов, или примерно 90 км3.

Однако по отдельным бассейнам соотношение забора к запасам существенно дифференцировано. Около 70 км3 воды, по данным 2000 г., используется на хозяйственные и бытовые нужды, 53 км3 из которых обеспечивают поверхностные пресные источники, 9 км3 — подземные и 5 км3 — морские воды.

В последние годы и забор свежей воды, и показатели ее использования уменьшаются, что объясняется падением уровня производства, а также экономией воды за счет внедрения соответствующих технологий.

Субъекты, использующие воду в технологических процессах, а также в системах коммунального хозяйства, называются водопотребителями. Структура водопотребления выглядит следующим образом.

Из приведенных данных видно, что основным водопотребителем является промышленность. Внутри этого сектора главной водопотребляющей отраслью служит энергетика (75% от всего промышленного водопотребления), далее следуют черная и цветная металлургия (6%, целлюлозно-бумажная (5%), химическая и пищевая промышленность (5%), машиностроение (3%).

Абсолютное водопотребление во всех отраслях снижается. Это происходит, во-первых, как уже говорилось, из-за сокращения (а иногда и остановки) некоторых производств и, во-вторых, за счет оборотного водоснабжения. Оборотным водоснабжением называется такое водоснабжение, когда вода, забираемая из природного источника, рециркулирует затем в рамках применяемых технологий (охлаждаясь или очищаясь) без сброса в водоем или канализацию.

В настоящее время объем оборотной (многократно используемой) воды в процентном отношении к общему объему водопотребления на промышленные нужды составляет 77%. В абсолютном выражении это больше, чем годовой сток Волги. Если бы подобных систем не существовало, забор свежей воды для промышленности следовало бы увеличить в 3 раза.

Обобщенным показателем эффективности использования водных ресурсов, который сопоставляет объем затраченной воды с результатами хозяйственной деятельности, является водоемкость.

В масштабах экономики в целом она может измеряться следующим образом:

м3/руб., (10.1)

где W — водоемкость национального дохода; R 1 — годовое потребление свежей воды; R 2 — годовой объем оборотного водоснабжения.

Водоемкость показывает, сколько водных ресурсов нужно затратить для получения единицы национального дохода. Динамика этого показателя может служить индикатором эффективности использования водных ресурсов. Аналогичные показатели можно рассчитывать как по отраслевым комплексам, так и по отдельным отраслям.

Отрасли, которые используют воду как ресурс, не меняя ее физико-химического состояния, называются водопользователями. К ним относятся, в частности, водный транспорт, рыболовство, гидроэнергетика.

Транспорт. Водный потенциал России для этих целей огромен. Длина российских рек достигает 2, 3 млн. км, а береговых линий морей — 70 тыс. км. Однако длина судоходных путей (внутренних) существенно меньше — 90 тыс. км. По грузообороту речной транспорт занимает четвертое место, а морской — третье среди всех грузоперевозчиков, а по пассажирообороту — последние места.

Рыболовство. На рациональное использование воды в данной области влияют несколько негативных факторов. Во-первых, это загрязнение водоемов (подробнее об этом — в соответствующем разделе). Во-вторых, забор воды на хозяйственные нужды из естественных источников. В-третьих, гидростроительство и эксплуатация ГЭС, плотины которых препятствуют свободному проходу рыбы, а главное — отсекают нерестилища. В-четвертых, частое отсутствие средств рыбозащиты на водозаборниках. И, наконец, нарушение режима и несоблюдение квот вылова.

Еще один крупный водопользователь — гидроэнергетика (ее основу составляют 40 крупных электростанций)- считается наиболее чистым, экологичным источником энергии. Это справедливо, если не учитывать, как это и происходит на практике, эколого-экономическую ценность отчуждаемых при гидростроительстве земель, одних из наиболее продуктивных в сельскохозяйственном отношении. К настоящему времени под зонами гидроэлектростанций затоплено 5—6 млн. га сельхозугодий. Наиболее значима эта проблема для равнинных территорий, где площади затопления особенно велики. Кроме того, плотины ГЭС нарушают нормальный гидрорежим рек, в результате чего река перестает быть рекой в точном значении этого понятия. Такая участь может постигнуть (если уже не постигла), в частности, Волгу с ее каскадом гидросооружений. Наносят ущерб ГЭС, как уже отмечалось, и нерестилищам рыб. В Азовском бассейне все нерестилища белуги и 80% нерестилищ осетра, севрюги и других рыб отсечены гидростанциями от производителей.

Основным резервом повышения эффективности использования водных ресурсов является сокращение потребления воды в основных водопотребляющих отраслях, в особенности это относится к свежей воде — прежде всего за счет внедрения водосберегающих технологий и уменьшения ее использования на хозяйственные нужды. Второе направление — ликвидация многочисленных потерь воды на всех этапах ее использования. Только при доведении воды от источников до потребителей ежегодно теряется 8, 5 км3. Большие потери отмечаются также непосредственно у водопотребителей, в частности в орошении. Из-за применения устаревших технологий коэффициент полезного действия оросительных систем составляет 0, 5, что означает практически пятидесятипроцентные потери. Этому же способствовал и хозяйственный механизм, не стимулировавший экономию воды при орошении. 20% от потребляемой воды теряется в коммунальном хозяйстве, а в отдельных городах этот показатель доходит до 40%. Такое положение происходит из-за состояния водопроводных систем (всевозможных испарений, утечек, протечек и т.п.). К этому следует добавить нерациональное потребление воды в быту (в среднем городской житель РФ потребляет около 250 л воды в сутки, в Москве эта цифра доходит до 500 л. Для сравнения: в США — около 200 л, а в Германии — 130 л) — отсутствие водомеров и низкие тарифы на воду для населения стимулируют расточительное использование дорогостоящей с точки зрения затрат на ее подготовку питьевой воды. Обостряется и проблема ее качества. Вследствие общего загрязнения водоемов, нехватки современных технологий очистки и недостатка средств на нее качество воды по своему физико-химическому составу ухудшается в целом ряде городов России. В целом около 30% подаваемой населению воды не соответствует требованиям гигиенических нормативов.

Металлообрабатывающие и машиностроительные промышленные предприятия являются относительно крупными потребителями пресной воды, при этом на предприятиях представленных отраслей промышленности в технологических процессах происходит формирование особо токсичных сточных вод, содержащих тяжелые металлы, растворимые и нерастворимые органические вещества и прочие загрязнения. В связи с этим стоит острая необходимость создания систем оборотного водоснабжения предприятий и сокращения сброса сточных вод в водные объекты.

В процессе решения данных проблем, а именно, перехода к рациональному водоснабжению и минимизации сброса промышленных сточных вод, необходимо применять Наилучшие Доступные Технологии с целью организации малоотходных (частичное оборотное водоснабжение) и безотходных (полный рециклинг) технологических процессов на основе технологий электрофлотации, ультрафильтрации и обратного осмоса, вакуумной дистилляции, термической утилизации жидких и твердых отходов промышленных предприятий.

Оборотное водоснабжение - замкнутая система, позволяющая повторно использовать очищенные сточные воды, прошедшие процесс очистки на очистных сооружениях предприятия. Концепция оборотного водоснабжения предприятия полностью исключает сброс промышленных сточных вод в водоемы или городскую канализацию. Оборотное водоснабжение позволяет решить экологические и экономические задачи: существенно (на 85-95%) снизить водопотребление промышленного предприятия, сократить потери ценных компонентов с промышленными сточными водами предприятий, избежать платы за водоотведение и штрафов ха превышение предельно допустимых концентраций ПДК - ПДК сточных вод.

В настоящее время специалистами РХТУ им. Д.И. Менделеева и ГК ТрансЭкоПроект проводятся широкомасштабные исследования в сфере охраны водных ресурсов, математического моделирования и системного анализа, автоматизированного проектирования технологических схем очистки сточных вод и организации замкнутых систем оборотного водоснабжения предприятий.

На сегодняшний день большая часть промышленных очистных сооружений, основанных на традиционных технологиях реагентной, электрокоагуляционной, механической и биологической очистки, не обеспечивают как очистку сточных вод от ионов тяжелых металлов до ПДК по сбросу в рыбохозяйственные водоемы, так и снижение солесодержания в очищенных сточных водах. При полном или частичном возврате очищенных данными технологиями сточных вод на повторное использование, через несколько технологических циклов происходит постепенное засоление воды, циркулирующей в системе. Это приводит к большому количеству проблем: коррозии оборудования, ухудшению качества гальванических покрытий в процессах обработки поверхности металла и пластика и т.д.

Внедрение систем оборотного водоснабжения промышленных предприятий, в том числе гальванических производств, обусловлено основными факторами: наличием и стоимостью водных ресурсов; наличием водных объектов или инженерных коммуникаций, предназначенных для сброса сточных вод; более высокой рентабельностью в сравнении с существующей технологией, а именно, очисткой сточных вод предприятий до региональных норм ПДК на очистных сооружениях.

Рис.1. Система оборотного водоснабжения предприятия м гальваническим участком

Основы организации системы оборотного водоснабжения:

· Проектирование систем оборотного водоснабжения предприятий различных отраслей промышленности необходимо начинать с экологического аудита производственных процессов для минимизации водопотребления;

· Организацию оборотного водоснабжения предприятий необходимо комбинировать с организацией малоотходного и безотходного производства с максимальной утилизаций ценных компонентов;

· Потоки сточных вод предприятий следует разделять по типу загрязняющих веществ, а также их концентрации для локальной очистки каждого типа сточных вод;

· Для производственных процессов с относительно высоким уровнем водопотребления необходимо установить научно обоснованные нормативные требования к качеству технической воды;

· Системы оборотного водоснабжения следует комбинировать со станциями водоподготовки для дополнительного снижения капитальных и эксплуатационных затрат.

Анализ существующих технологий и проектных решений показывает, что организация систем оборотного водоснабжения предприятий - хотя и достаточно сложная, но практически решаемая задача. Современные технологии и оборудование для очистки промышленных сточных вод дают возможность получать воду необходимой степени чистоты из любой природной и/или сточной воды, при этом создание оборотного водоснабжения может тормозится только причинами экономического характера.

Смертельные дозы и концентрации как показатели абсолютной токсичности. Пороговые уровни острого и хронического действия. Предельно допустимые концентрации (ПДК), ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ). Классификация вредных веществ.

Изучение биологического действия химических веществ на человека показывает, что вредное их воздействие начинается всегда с определенной пороговой концентрации. Для количест­венной оценки вредного воздействия на человека химического вещества в промышленной токсикологии используются показате­ли, характеризующие степень его токсичности. Показателями аб­солютной токсичности служат средние смертельные концентрации и дозы.

Средняя смертельная концентрация в воздухе (СL₅₀) -концентрация вещества, вызывающая гибель 50% животных при двух-четырехчасовом ингаляционном воздействии на мышей или крыс.

Средняя смертельная доза (DL 50) - доза вещества, вызыва­ющая гибель 50 % животных при однократном введении в желудок.

Средняя смертельная доза при нанесении на кожу (CL50_k) ~ доза вещества вызывающая гибель 50 % животных при однократном нанесении на кожу.

Порог острого действия (Lim ac)- минимальная (пороговая) концентрация вредного вещества, вызывающая изменение биологи­ческих показателей на уровне целостного организма, выходящий, за пределы приспособительных физиологических реакций.

Порог хронического действия (Lim ch) - минимальная (поро­говая) концентрация вредного вещества, вызывающая вредное действие в хроническом эксперименте при затравке экспериментальных животных по 4 часа 5 раз в неделю на протяжении не менее 4-х месяцев.

Порог специфического действия (Lim sp)- минимальная кон­центрация вещества, вызывающая специфические эффекты в специ­альном эксперименте. Критерием является отсутствие эффекта на протяжении жизни данного вида.

Зона острого действия (Zac=CL50/Limac) - отношение сренес-мертельной концентрации к порогу острого действия - показыва­ет размах концентраций, оказывающих действие на организм при однократном поступлении, от начальных до крайних, влияющих неблагоприятно. Чем меньше зона, тем больше возможность ост­рого отравления, тем опаснее вещество.

Зона хронического действия (Zch=Limac/Limch) - отношение порога острого действия к порогу хронического действия - по­казывает, насколько велик разрыв между концентрациями, вызыва­ющими начальные явления интоксикации при однократном и дли­тельном поступлении в организм. Чем шире зона хронического действия, тем опаснее вещество, так как концентрации, оказываю­щие хроническое действие, значительно меньше концентраций, вызывающих острое отравление.

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (ПДКрз.) - такая концентрация вещества б воздухе рабочей зоны, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или другой продолжительности, но не более 40 часов в неделю, втечение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здо­ровья, обнаруживаемых современными методами исследования, в про­цессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ) (то же ВДК - временно допустимая концентрация) устанавливается временно на период, предшествующий проектированию производс­тва. ОБУВ определяется путем: расчёта по физико-химическим свойствам, или путем интерполяции и экстраполяции в гомологических рядах близких по строению соединений, или по показа­телям острой токсичности. ОБУВ должны пересматриваться через 2 года после их утверждения Количественные значения токсиколо­гических параметров химических веществ в национальной системе стандартов безопасности труда регламентируются ГОСТ 12.1.007-76. Классы опасности вредных веществ приведены в таблице 1.