Вода играет решающую роль в энергетической отрасли. Она используется для охлаждения, выработки пара, работы котельного оборудования и турбин, а также в системах теплообмена. Однако для того, чтобы вода не снижала эффективность работы оборудования и не вызывала его преждевременный износ, её необходимо тщательно очищать и обрабатывать. Именно этим занимаются системы водоподготовки и водоотведения.

Водоподготовка

Водоотведение

Основные задачи водоподготовки включают:

1. Удаление песка, ржавчины, окалины, которые могут засорять трубопроводы и снижать теплообмен.

2. Обезжелезивание и деманганация, чтобы избыток железа и марганца не приводили к образованию осадков и коррозии.

3. Умягчение воды для предотвращения образования накипи в теплообменниках и котлах.

4. Обратный осмос и ионный обмен, позволяющие удалить соли жесткости и растворённые примеси.

5. Деаэрация воды, чтобы минимизировать риск коррозии трубопроводов и оборудования.

Основные этапы водоотведения включают:

1. Физико-механическую очистку, где осаждаются крупные частицы и механические примеси.

2. Химическую обработку, в ходе которой удаляются нефтепродукты, тяжелые металлы и остатки реагентов.

3. Биологическую очистку, если в стоках есть органические загрязнения.

4. Обратный осмос или ультрафильтрацию, если требуется максимально глубокая очистка воды перед сбросом или повторным использованием.

Ключевые процессы водоподготовки и водоотведения в промышленности

Механическая фильтрация

Механическая фильтрация — это процесс удаления из воды твердых примесей, таких как песок, ржавчина, глина, ил и другие взвешенные частицы. Этот метод очистки не изменяет химический состав воды, а лишь удаляет загрязнения, которые могут привести к засорению труб, износу оборудования и ухудшению качества воды.

Виды механических фильтров:

сетчатые фильтры – самые простые, представляют собой металлическую или пластиковую сетку.
картриджные фильтры – состоят из сменных картриджей, изготовленных из полипропилена, бумаги или углеволокна.
дисковые фильтры – содержат набор пластиковых дисков с прорезями, которые задерживают частицы.
песчаные фильтры – очищают воду, пропуская её через слой кварцевого песка или гранул.

Узнать больше о мехфильтрации можно здесь

Обезжелезивание

Обезжелезивание воды — это процесс удаления из нее избыточного железа, которое может присутствовать в растворенной (двухвалентное железо Fe²⁺) или нерастворенной (трехвалентное железо Fe³⁺) форме. Железо в воде приводит к появлению неприятного вкуса, запаха, ржавчины на сантехнике и трубах, а также способствует развитию железобактерий, которые могут засорять систему водоснабжения.

Методы обезжелезивания:

1. Окисление и фильтрация - воздухом (аэрация) или химическими реагентами (перманганат калия, хлор). Окисленное железо выпадает в осадок и задерживается в фильтрах.

2. Ионный обмен - используются специальные фильтры с ионообменными смолами. Подходит для комплексного умягчения и удаления железа.

3. Обратный осмос - мембраны задерживают ионы железа, полностью очищая воду. Эффективен, но требует предварительной механической фильтрации.

4. Биологический метод - использование специальных бактерий, которые преобразуют железо в безопасную форму. Экологичный, но требует стабильных условий для работы.

Умягчение

Умягчение воды — это процесс удаления из нее солей жесткости, главным образом кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺), которые вызывают образование накипи в бытовых приборах, забивают трубы и ухудшают эффективность моющих средств.

Методы умягчения воды

1. Ионный обмен - используются специальные фильтры с ионообменными смолами, в которых ионы кальция и магния заменяются на натрий (Na⁺). Это самый распространенный способ для бытовых и промышленных систем.

2. Обратный осмос - мембраны задерживают соли жесткости, пропуская только молекулы воды. Дает идеально чистую воду, но требует предварительной фильтрации.

3. Добавление реагентов (химическое умягчение) - применяются полифосфаты, лимонная кислота или специальные химические добавки. Используется в промышленности, но не всегда подходит для питьевой воды.

4. Термическое умягчение (кипячение) - при нагреве часть солей выпадает в осадок. Эффективно только для временной жесткости, но не удаляет все примеси.

Очистка стоков

Основные этапы очистки сточных вод в энергетике:

1. Механическая очистка

Используется для удаления крупных частиц, песка, ржавчины и окалины. Применяются решётки, сетчатые фильтры, песколовки и отстойники.

2. Физико-химическая очистка

Коагуляция и флокуляция – добавляются реагенты, которые собирают мелкие загрязнения в крупные хлопья, осаждающиеся на дно.
Флотация – пузырьки воздуха поднимают загрязнения на поверхность, где они собираются специальными устройствами.
Адсорбция – активированный уголь и другие сорбенты поглощают нефтепродукты, фенолы и ПАВ.

3. Химическая очистка

Обработку проводят для удаления растворённых газов (сероводород, аммиак, углекислый газ). Применяются нейтрализация кислот и щелочей, осаждение тяжёлых металлов, окисление органики.

4. Биологическая очистка

Используется для разложения органических соединений с помощью бактерий. Этот метод эффективен для удаления фенолов, ПАВ, аммиака.

5. Мембранные технологии

Ультрафильтрация – задерживает мельчайшие частицы и коллоидные примеси.
Обратный осмос – удаляет соли, растворённые органические вещества и бактерии, позволяя повторно использовать воду.

6. Глубокая доочистка

Озонирование и ультрафиолетовое обеззараживание уничтожают остаточные загрязнители и патогенные микроорганизмы.

Проектирование

Без грамотно спроектированной системы водоочистки производство может столкнуться с серьёзными проблемами: от повышенных затрат на обслуживание оборудования до штрафов за нарушение экологических норм.

Что включает проектирование систем очистки воды:

Анализ исходной воды (состав, уровень загрязнений, физико-химические параметры).
Выбор технологии очистки (механическая, физико-химическая, биологическая, мембранная фильтрация и др.).
Расчёт производительности системы в зависимости от объёмов водопотребления.
Разработка схемы водоочистки с подбором оборудования и расходных материалов.
Экономическое обоснование проекта (затраты на установку, эксплуатацию, обслуживание).
Создание проекта с учётом норм и стандартов (СанПиН, ГОСТ, ПНД Ф и др.).

Модернизация

Основные причины для модернизации:

1. Устаревание оборудования

Со временем фильтры, насосы, мембранные элементы и другие компоненты выходят из строя, теряют эффективность и требуют замены. Новые технологии позволяют улучшить производительность очистки при меньших энергозатратах.

2. Повышение экологических стандартов

Экологическое законодательство постоянно обновляется, вводятся новые требования к очистке сточных вод. Чтобы избежать штрафов и проблем с контролирующими органами, предприятия должны своевременно модернизировать системы водоочистки.

3. Рост потребления воды

С увеличением производства или населения возрастает нагрузка на очистные сооружения. Если изначально система проектировалась под меньшие объёмы, она может не справляться с текущими нагрузками. Модернизация позволяет адаптировать мощности под новые реалии.

4. Экономия ресурсов

Современные системы очистки воды работают более эффективно: сокращают расход реагентов, электроэнергии и воды. Например, внедрение мембранных технологий или систем автоматического контроля позволяет снизить эксплуатационные затраты.

5. Улучшение качества воды

Устаревшие технологии могут не справляться с удалением новых загрязнителей, таких как микропластик, фармацевтические отходы или стойкие органические соединения. Современные методы (например, ультрафильтрация, обратный осмос) позволяют добиться более высокого уровня очистки.

6. Автоматизация процессов

Внедрение систем автоматического контроля и управления позволяет сократить участие человека в эксплуатации водоочистных установок, минимизировать ошибки и повысить стабильность работы.