ВОДО И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ГОРОДСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕМБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Проблема энергоресурсосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве - сегодня одна из самых обсуждаемых. Инженерная инфраструктура и, в частности, водное хозяйство города несет в себе большой потенциал энергоресурсосбережения, что уже достаточно хорошо освещено в литературе . В нашей статье мы хотели бы рассмотреть ряд направлений, непосредственно связанных с использованием сточной воды и ее энергетического потенциала, ее очисткой и повторным использованием.
Настоящим источником энергии являются сточные воды. По данным профессора Калифорнийского университета Джорджа Чобаноглуса, из 1 м 3 сточной воды можно получить почти 42 МДж тепловой энергии при снижении ее температуры на 10 °C, а переработка содержащихся в стоках органических веществ - от 3 до 6 МДж на 1 м 3 . Кроме того, в высотных зданиях можно использовать потенциальную энергию текущей вниз воды в канализационных стояках для частичного возмещения затрат электроэнергии на ее подъем, однако это связано с рядом объективных трудностей и пока в настоящее время серьезно не рассматривается.
Тепловая энергия сточных вод
Идея извлечения тепловой энергии из сточных вод возникла достаточно давно, однако технологии еще находятся в процессе разра-ботки и апробации. Сточные воды в зависимости от климатических условий и сезона года имеют температуру от 6-12 до 20-30 °C, т. е. являются источником низкопотенциального тепла, и для получения электроэнергии или высокопотенциального тепла для ТЭЦ, систем отопления или горячего водоснабжения требуется дополнительное оборудование - как правило, это тепловые насосы. Полученное тепло наиболее рационально использовать для первичного подогрева воды на тепловых станциях или в системах отопления и горячего водоснабжения зданий.
Интересно, что теплообменные установки, устраиваемые на бытовой канализации, служат не только для отопления зданий в зимний период, но и для эффективного отвода избыточного тепла от систем кондиционирования в теплые сезоны года (рис. 1).
В России эта технология в порядке промышленного эксперимента была опробована на районной тепловой станции (РТС) № 3 г. Зеленограда. Тепло, утилизируемое из бытовых сточных вод от главной КНС ПУ «Зеленоградводоканал», использовалось для подогрева водопроводной воды перед паровыми котлами. Для передачи тепла последовательно использовалось два теплоносителя: проме-жуточный - вода и основной (в тепловых насосах) - хладон. Необходимость в промежуточном теплоносителе возникла из-за того, что КНС была расположена в полукилометре от территории РТС-3. Тепловая мощность утилизации составила 1100-1400 кВт при расходе сточных вод 400 м 3 /ч при теоретически возможной мощности около 2000 кВт. Мощность, потребляемая теплонаносной установкой и циркуляционными насосами, составила 550-680 кВт .
Очевидный путь повышения эффективности теплоутилизационного оборудования за счет максимального сближения источника и потребителя тепла привел к появлению оригинальных решений для частных домов и квартир, использующих местные водонагреватели (рис. 2). Фактически устройство представляет собой теплообменник простой конструкции: гладкую медную трубу-вставку в канализационный трубопровод и навитую на нее тонкую медную трубку, через которую пропускается холодная вода, поступающая к водонагревателю. Очевидно, что вклад в нагрев воды и экономия энергии составят не более 30 %, однако простота конструкции и невысокая стоимость могут заинтересовать потребителей.
Наибольший успех достигнут в области получения биогаза из осадков сточных вод. Как было отмечено выше, в 1 м 3 сточной жидкости в зависимости от величин БПК и ХПК содержится от 3 до 6 МДж потенциальной тепловой энергии. Для очистки такого же количества сточных вод требуется от 1,2 до 2,4 МДж (аэрация, перекачка и обезвоживание осадков, обогрев метантенков и пр.), следовательно, энергии, содержащейся в стоках в 2-4 раза больше, чем необходимо для ее очистки. Следует заметить, что указанное количество энергии можно извлечь при полном анаэробном разложении всех органических веществ, содержащихся в бытовых стоках. В реальности на канализационных сооружениях весомая доля органики минерализуется в сооружениях биологической очистки, а на «производство» биогаза в метантенки идет осадок из первичных и вторичных отстойников. В метантенках осадок также разлагается лишь частично - минерализуется не более 40-50 % от массы органического вещества, а существенное увеличение степени распада беззольного вещества требует значительных затрат. Поэтому полностью перевести станции аэрации на самообеспечение не удастся.
В качестве яркого примера внедрения этой технологии в России можно привести теплоэлектростанцию мощностью 10 МВт, работающую на биогазе Курьяновских очистных сооружений (рис. 3). В результате реализации данного проекта 70 млн кВт.ч, или 50 % электро- и теплоэнергии, КОС стали получать за счет собственного ее производства.
|
|
Рис. 3. Мини-ТЭС на Курьяновских очистных сооружениях (Москва) |
Для прямой выработки электроэнергии из сточных вод в последние годы ведутся разработки микробных топливных элементов, в которых для преобразования энергии химических связей органических веществ в электричество используются микроорганизмы. Такие элементы выполняют двойную функцию, т. к. в них одновременно происходит частичная очистка сточных вод от органических загрязнений .
Повторное использование сточных вод
Во всем мире следующей ступенью рационального расходования воды является повторное использование бытовых сточных вод. Очищенные сточные воды используются для искусственного восполнения подземных и поверхностных вод, пополнения источников питьевого водоснабжения, для орошения и в сельском хозяйстве, для технического водоснабжения промышленных предприятий, противопожарного и хозяйственного (непитьевого) водоснабжения и даже для питьевого водоснабжения!
Повторное использование сточных вод можно разделить на несколько категорий (по степени очистки воды и по назначению).
1. Техническое водоснабжение и орошение.
Здесь используются городские (бытовые) стоки, прошедшие полную биологическую очистку и упрощенную доочистку. Схема доочистки обычно включает механические решетки с мелкими прозорами, скорые фильтры и обеззараживание. Однако при использовании на основных очистных сооружениях мембранных биореакторов доочистка вообще не требуется.
Полученная техническая вода может использоваться на предприятии для получения обессоленной воды. В этом случае далее следует стандартная схема, включающая предварительную очистку (глубокое осветление и обеззараживание), одну или две ступени обратного осмоса.
2. Хозяйственное водоснабжение (уборка, полив, помывка машин, смыв туалетов и т. п.).
Для этих целей удобно использовать так называемые «серые стоки» - от ванн и умывальников. В этом случае их обработка про-изводится по упрощенной схеме, включающей механическую очистку (удаление сора и осветление) и обеззараживание.
Для общего бытового стока необходима полная биологическая очистка, дополненная третичной очисткой, описанной в п. 1.
3. Питьевое водоснабжение.
Делится в свою очередь на непрямое (пополнение запасов природных вод в источниках питьевого водоснабжения) и прямое. Здесь требуется полная биологическая очистка и глубокая третичная очистка, обычно включающая на последних стадиях обратный осмос.
Повторное использование сточных вод для непрямого питьевого водоснабжения отчасти мы можем наблюдать на любой крупной реке, где вышерасположенные по течению населенные пункты сбрасывают очищенные сточные воды, которые смешиваются с речной водой и в дальнейшем после доочистки в естественных условиях поступают на водозаборы, расположенные ниже по течению. В нашей статье мы под этим подразумеваем целевое восполнение запасов воды в непроточных источниках водоснабжения - водохранилищах, озерах и подземных горизонтах.
Что касается прямого питьевого водоснабжения, то здесь большую роль играет психологический фактор, и только серьезные причины могут побудить людей принять тот факт, что они будут пить воду, которая недавно текла по канализации.
В истории водоснабжения таких примеров немного, большая часть их осталась в рамках проводимых в разные годы за рубежом экспериментов . Вот несколько самых характерных.
«Классический» пример: г. Виндхоек, Намибия. Первая станция доочистки городских сточных вод для питьевого водоснабжения производительностью 4 800 м 3 /сут. была построена еще в 1968 г., а в 1997-2002 годах была реконструирована с увеличением подачи воды до 21 000 м 3 /сут. Решающим фактором стало отсутствие доступных источников водоснабжения - все возможные ресурсы либо уже эксплуатировались, либо их разработка была экономически невыгодна, включая сбор дождевых вод в этом засушливом и жарком регионе.
Схема очистки была очень сложной и включала дозирование порошкообразного активированного угля (ПАУ), первичное озониро-вание, дозирование коагулянта и флокулянта, флотацию, дозирование перманганата калия (KMnO4) и едкого натра (NaOH), фильтрова-ние на двухслойной зернистой загрузке, вторичное озонирование, обработку пероксидом водорода (H2O2), биосорбцию на гранулированном активированном угле (ГАУ), сорбцию на ГАУ, ультрафильтрацию и дезинфекцию жидким хлором. Себестоимость очистки воды составляла 0,76 $/м 3 . Полученная вода смешивалась с питьевой водой, полученной из традиционных источников водо-снабжения, непосредственно в распределительной сети города.
Пример 2. В 1976-1982 годах американская компания Pure Cycle Co. устанавливала в частных домах Колорадо системы полной очистки бытового стока для создания замкнутого цикла и получения питьевой воды. Установка включала сетку для механической очистки, биореактор с иммобилизированной биопленкой, тканевый (мешочный) фильтр, ультрафильтрационные мембраны, ионообменный фильтр, фильтр с ГАУ и бактерицидную лампу. Из-за финансовых трудностей компания вскоре прекратила обслуживание своих установок и их использование было прекращено, однако жители еще некоторое время продолжали их эксплуатировать и требовали от властей штата разрешение на их дальнейшее применение.
Пример 3. Международная космическая станция. В 2009 году на МКС была доставлена новая система для получения питьевой воды из мочи и конденсированной из атмосферы станции влаги (пар и пот, выделяемые человеком). Схема обработки урины включает многоступенчатую фильтрацию, дистилляцию, каталитическое окисление и ионный обмен.
Масштабы повторного использования сточных вод хорошо характеризуют следующие примеры:
- г. Вульпен, Бельгия. 6850 м 3 /сут., доочистка городских сточных вод для восполнения запасов подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения, схема включает микрофильтрацию, обратный осмос и обработку ультрафиолетом;
- г. Ипсвич, Австралия. 230 000 м 3 /сут., доочистка городских сточных вод для охлаждения оборудования ТЭС, схема включает микрофильтрацию и обратный осмос;
- г. Оранж, США. 265 000 м 3 /сут., доочистка городских сточных вод для восполнения подземных вод, схема включает микрофильтрацию, обратный осмос и обработку ультрафиолетом и пероксидом водорода;
- Сингапур, проект «NEWater». 5 станций с суммарной производительностью около 450 000 м 3 /сут., доочистка городских сточных вод для восполнения водоисточников, используемых для питьевого водоснабжения, использования в промышленности и в качестве воды для непитьевых целей, схема включает микрофильтрацию и обратный осмос;
- г. Сулаибия, Кувейт. Крупнейшая в мире станция по доочистке сточных вод 311 250 м 3 /сут. (по очищенной воде), схема включает сетчатые фильтры, ультрафильтрацию (8704 аппаратов X-Flow, Norit), обратный осмос (21000 аппаратов Toray), отдувку СО 2 , хлорирование. Очищенная вода используется для промышленных нужд, а концентрат обратного осмоса сбрасывается в Персидский залив. Качество очищенной воды: взвешенные вещества, БПК, азот аммонийный, нитраты (по N) - менее 1 мг/л, фосфаты (по РО4) - 2 мг/л, нефтепродукты - менее 0,5 мг/л, общее солесодержание - 100 мг/л.
Можно сделать вывод, что в настоящее время ключевой технологией повторного использования сточных вод является мембранная технология - в абсолютном большинстве случаев схемы доочистки включают одну или несколько ступеней мембранного разделения: микро- или ультрафильтрацию и обратный осмос. Можно сказать иначе: без обратного осмоса и ультрафильтрации такое масштабное применение сточных вод в водном хозяйстве было бы невозможно.
Вот уже более 10 лет во всем мире успешно развивается технология мембранного биореактора для очистки сточных вод. Изначально применение ультрафильтрации вместо вторичного отстаивания позволяло сократить размеры сооружений, повысить эффективность и стабильность очистки. Теперь мы можем рассматривать мембранные биореакторы и как технологическое решение, позволяющее сразу, в основной технологической цепочке получить воду технического качества для орошения, промышленности, хозяйственных нужд.
Интересно отметить, что три крупнейшие станции очистки сточных вод с мембранными биореакторами находятся в Китае.
Хорошим примером системного рационального использования сточных вод может служить Австралия - страна с ограниченными ресурсами пресной воды. Один из крупных проектов реализован в районе Сиднея, где параллельно хозяйственно-питьевому водопроводу проложен второй, непитьевой водопровод для хозяйственных нужд. Система обеспечивает водой более 60 тыс. человек и ее подача составляет 13000 м 3 /сут.
Технологическая цепочка состоит из следующих сооружений:
- основные сооружения: решетка, песколовка, первичный отстойник, биореактор (аэротенк), вторичный отстойник;
- сооружения доочистки: коагуляция сульфатом алюминия, отстойник (третичный), скорый фильтр. После скорых фильтров часть воды обеззараживается и выпускается на болотистые территории, а другая часть поступает на мембранную микрофильтрацию (0,2 мкм) и после обеззараживания направляется в распределительную сеть.
Плата за пользование доочищенной сточной водой в Сиднее составляет примерно 2,068 $/м 3 , при том, что стоимость водопроводной воды лишь немногим выше - 2,168 $/м 3 . Существует еще годовая фиксированная плата в размере $125 за подключение к городскому водопроводу и $34 за подключение к непитьевому водопроводу.
Водопровод, по которому течет дочищенная сточная вода, трубопроводы и арматура, маркируются сиреневой краской; водо-разборные точки оснащаются табличками с предупреждающими надписями: «повторно использованная вода, не пейте», «вода не питьевого качества» и т. п. (рис. 4). Аналогичная маркировка применяется в США, где системы непитьевого хозяйственного водоснабжения на основе доочищенных стоков получили широкое распространение.
Системы повторного использования воды могут абсолютно разного масштаба - от целого города до одного здания и собственной квартиры. В квартирах могут найти применение такие системы, как например AQUS Grey Water Recycling System (рис. 5) или Aqua2use Greywater System (рис. 6), которые представляют небольшой сборный резервуар с маломощным насосом и простейшей системой механической очистки. Возможная экономия воды при использовании таких установок составляет до 30 %.
Бывают и почти курьезные конструкции (рис. 7).
Для производственных и хозяйственных нужд расходуется огромное количество воды. Ситуацию ухудшает сброс загрязненной жидкости в водоемы. Уделяя внимание охране природы и экономическим аспектам бизнеса, многие предприятия переходят на оборотное водоснабжение. Этот метод предполагает многократное использование водного ресурса. Сокращение потребления свежей воды и сброса стоков приводит к удешевлению водоснабжения.
Как функционирует замкнутая система водоснабжения
Наиболее перспективный вариант сокращения потребления воды – создание замкнутых систем. Сточные воды проходят очистку специальным оборудованием и используются повторно. Составляющие системы оборотного водоснабжения зависят от объема стоков и требований, которые предъявляются к качеству очищенной жидкости. Прогрессивную установку можно встретить в производственных цехах, атомных и тепловых электростанциях, на автомойках, в загородных домах с автономными источниками.
П – производство; ОС – очистка стоков, НС –насосная станция, ОХ-охлаждение
В зависимости от технологических процессов производства вода может загрязняться с первого раза или не требовать очистки долгое время. Замкнутая система необходима в нескольких случаях:
- Используемый источник не обладает достаточным количеством воды, чтобы удовлетворить потребности предприятия.
- Источник находится на большом удалении от производственных цехов (до 4 км), расположенных на значительной высоте(25 м и выше).
Она незаменима в регионах с высокой стоимостью воды, чрезмерной жесткостью или загрязнением источника, в случае реальной опасности отравления природы стоками. Очистные комплексы в зависимости от назначения включают от одной до шести ступеней. Среди них: предочистка в отстойниках, электрофлотация, фильтрация, адсорбция, обратный осмос.
Электрофлотатор – агрегат, действие которого основано на принципах электролиза. Он обеспечивает удаление из воды химических соединений и взвешенных частиц. Его показатели очистки загрязнения нефтепродуктами составляют – от 75 до 90%, остатками ПВА – от 50 до 70%.
К охладительным сооружениям относятся пруды-отстойники, градирни и брызгальные бассейны. В водонепроницаемых котлованах вода специальными насадками рассекается на брызги и охлаждается потоками воздуха.
Конструктивными частями замкнутой сети являются подающие и обратные трубопроводы, циркуляционные насосы, очистные сооружения и фильтры, охлаждающие установки. Для водоемов, страдающих от сброса плохо очищенных стоков или горячей воды, такая система становится настоящим спасением.
Устройство оборотного водоснабжения на производстве
Информация. Кроме открытых систем охлаждения существуют закрытые конструкции, в которых вода не контактирует с воздухом. Снижение температуры происходит за счет теплообменных аппаратов.
Преимущества повторного использования
Высокие расходы на покупку и монтаж оборудования для оборотного водоснабжения не становятся препятствием для внедрения современной технологии на предприятиях.
- Потребности в воде снижаются в 10 раз.
- Существенная экономия финансовых средств.
- Ответственное отношение к экологии и рациональному использованию ресурсов.
- Отсутствие штрафов за грязные стоки.
Принцип замкнутой системы
Оборотные комплексы в промышленности
Владельцы предприятий, которые заботятся об экологии и умеют считать прибыль, переходят на прогрессивный метод – оборотное водоснабжение. Сфера его применения достаточно широкая:
Энергетика
Предприятиям энергетической отрасли – тепловым и атомным электростанциям вода необходима для охлаждения турбин или как рабочее тело – пар. Техническое водоснабжение объектов происходит двумя системами:
- прямоточной;
- оборотной.
Процесс происходит следующим образом: пар подается в градирни, охлаждается и конденсируется. С помощью насоса вода для охлаждения турбин и вспомогательных механизмов. Их природного источника берется вода для восполнения потерь, неизбежных в технологических процессах.
Схема градирни
Металлургия
Во многих технологических процессах вода используется исключительно для охлаждения. Она не загрязняется, а только нагревается, поэтому после остывания может применяться снова. На металлургических предприятиях схема оборотного водоснабжения сложнее. Жидкость нагревается и загрязняется различными примесями. Для дальнейшего использования в газоочистке потребуются пруды или градирни для охлаждения и механические фильтры очистки.
Нефтепереработка
На современных нефтеперерабатывающих заводах в замкнутом цикле, включающем фильтрацию и локальную очистку, находится 95-98% всей используемой воды. Для химической промышленности ведется разработка замкнутых систем, не требующих осуществления сброса стоков в водоемы.
Пищевая промышленность
Оборотное водоснабжение популярно на предприятиях отрасли. По этому принципу работают системы мойки тары, упаковки и сырья. Он используется в холодильных установках.
Машиностроение
Заводы по выпуску машин применяют воду в процессах гальванизации деталей. Замкнутая система сокращает ее расход на 90%. Использование в схеме замкнутой системы выпарной установки позволяет направлять солевой концентрат на переработку. Очищенная жидкость идет на промывку деталей, а продукция из концентрата – на подготовку электролитических растворов.
Прогрессивный метод внедряют на бумажно-целлюлозном производстве, в горной промышленности, мойке транспортных средств, на прачечных комбинатах.
Невозможно избежать потерь воды в производственных условиях. Частичное уменьшение ее объема происходит вследствие испарения. В оставшейся жидкости повышается уровень минерализации. Это ведет к негативным последствиям: активной коррозии и отложению солей. Добавление свежей воды важно для восстановления количества и состава циркулирующей жидкости.
Схемы систем оборотного водоснабжения
Внимание. Потери жидкости в замкнутой сети составляют 3-5%. Они восполняются свежей водой из источника.
Устройство оборотной системы для автомойки
Технологические процессы, связанные с мытьем автомобилей, сопровождаются потреблением большого объема воды и загрязнением стоков нефтепродуктами и ПВА. Чтобы снизить опасность попадания опасных соединений в природную среду, внедряется система повторного использования стоков. Установка замкнутой системы водоснабжения на мойках позволяет экономить до 90% воды и 50% моющих средств.
Замкнутая система на автомойке
Внимание. Для мойки 10 автомобилей требуется 1 м3 воды, при использовании оборотной системы таким объемом жидкости можно вымыть до 50 машин.
Технические стоки на автомойке проходят несколько этапов очистки:
- Стоки попадают в отстойник, накопительную емкость. С помощью механической фильтрации из воды удаляются крупные частицы загрязнения.
- Напорным насосом жидкость подается в мембранный флотатор. Здесь происходит пропускание воздуха под давлением через керамические мембраны для насыщения стоков пузырьками. В результате образуется пена, абсорбирующая остатки нефтепродуктов и моющих средств. Напорная флотация удаляет мелкий шлам и взвеси. Эти частицы попадают в накопитель, откуда периодически удаляются для дальнейшей переработки.
- После флотатора вода поступает в емкости с фильтрами для извлечения оставшихся частиц. Установка рассчитана на многократное использование, фильтры регулярно промываются обратным током воды, которая попадает в накопительную емкость для стоков.
Схема повторного водоснабжения мойки
Для окончательной обработки жидкости задействуется химическая (добавление реагентов) и биологическая очистка. Полное удаление загрязнений происходит микроорганизмами.
Помещение автомойки оборудуется двумя водными контурами. Они питают мощные аппараты для очистки транспорта. Один контур наполнен свежей водой, а второй – оборотной. Жидкость, используемая после переработки, применяется в первичной мойке. Им пользуются при нанесении моющих средств и предварительном смывании пены. Свежей водой осуществляется окончательное ополаскивание машин.
Внимание. Ополаскивание водой из прямого водопровода позволяет избежать появления белых разводов на поверхности автомобилей.
Оборотное водоснабжение автомоек составляет 90%, а на свежую воду для ополаскивания, приходится 10%. Установки для очистки стоков имеют различную производительность – от 3 до 40 м 3 /час. Системы малой мощности наиболее популярны, Они используются на большинстве автомоек с ручным и автоматическим оборудованием. Высокопроизводительные установки предназначены для крупных моечных комплексов, имеющих системы портального и туннельного типа. Их базовая комплектация:
- отстойники;
- фильтры;
- система флокуляции;
- датчики и манометры;
- насосы.
При необходимости комплексы дополняют устройствами умягчения воды, аэраторами, дозаторами реагентов и другими приспособлениями. Количество циклов повторного использования зависит от возможностей оборудования. Оно составляет от 50 до 70 оборотов с очисткой. Цикл завершается сбором и утилизацией жидкости.
Оборотная система для загородного дома
В частных домах, где есть возможность разделить сети канализации и водоснабжения практикуется установка замкнутой системы, уменьшающей в несколько раз объем потребляемой свежей воды. Ее внедрение – действенный способ экономии ресурсов. Система функционирует по принципу обратного осмоса. Одна из ее особенностей это необходимость периодической замены старой воды.
Оборудование для системы оборотного водоснабжения
Внимание. Один из плюсов оборотного водоснабжения загородного коттеджа – увеличение срока эксплуатации автономной скважины.
Обеспечить работу оборотного водоснабжения позволяет монтаж специального оборудования. Оно включает многоступенчатые фильтры, различные реагенты и коагулянты, доводящие химический состав жидкости до санитарных норм. Мощное очистное сооружение совмещает три типа процессов:
- механический;
- химический;
- биологический.
Контроль сети осуществляется автоматикой, показатели проверяются на соответствие заданным параметрам. Для поддержания эффективной работы комплекса требуются определенные климатические условия:
- монтаж системы вентиляции для циркуляции воздуха;
- температура не ниже отметки +5 0 .
Замкнутую структуру может иметь отопление и водопровод. В последнем случае происходит развитие биоценозов – совокупности микроорганизмов. Предотвратить составные части от биологического обрастания поможет периодическая промывка емкостей и труб. Специальные вещества полиалкиленгуанидины обеспечивают защиту от нескольких разрушающих факторов: коррозии, солей и биозарастания.
Для монтажа водоснабжения используются металлические трубы. Этот материал отличается прочностью и долговечностью, но под действием изменений в составе воды возникают коррозийные процессы. Применение пластика – оптимальный способ создания эффективной рециркуляции. Полимеры нейтральны к воздействию влаги, химических и биологических веществ, поэтому рекомендуются для создания замкнутых сетей.
Кафтанчиково - село в Томском районе Томской области, административный центр Заречного сельского поселения. Население 1323 человека. Село расположено на левом берегу Томи, в 15 км от Томска, рядом с селом проходит автодорога M53. В 16 веке на реке «Томь» жили несколько групп татар во главе с князем Тояном. Князь Тоян подал челобитную царю Борису Годунову, в которой от имени «томских жителей» просил построить в низовьях реки «Томь» крепость и принять томских татар в русское подданство. На что Борис Годунов дал свое согласие и в 1604 году был сформирован отряд для строительства русской крепости. Летом 1604 года крепость была построена. В последствии население Томска росло. Здесь селились русские крестьяне-промысловики. В 1626 году проживало уже 531 семья. Жителей надо было снабжать хлебом, в 1605 году появились первые посевы зерновых, люди занялись сельским хозяйством. Селения Заречного сельского поселения являются одними из старейших в устье реки «Томь», которые возникли в период 1627 по 1630 года. Место для деревень было выбрано удачно: близост...
Вопрос о возможностях повторного использования сточных вод сегодня привлекает всё большее внимание, прежде всего с точки зрения решения экологических проблем. Кроме того, водосберегающие технологии рассматриваются как средство преодоления дефицита водных ресурсов как в определенных регионах в целом, так и в масштабах отдельных сельскохозяйственных и промышленных предприятий. Наконец, всё более растущие платежи за подаваемую для бытовых и производственных целей воду весьма способствуют изысканиям и экспериментам в этом направлении.
Прежде всего, вторичное использование сточных вод ощутимо снижает общий уровень загрязнения окружающей среды тех местностей, где происходит сброс промышленных и бытовых стоков. Немаловажное значение имеет и сокращение производственных издержек. При этом очевидно, что в большинстве случаев повторной утилизации сточных вод, необходимой является их предварительная очистка. Уровень качественных показателей такой очистки определяется требованиями обязательного соблюдения установленных параметров санитарно-гигиенической безопасности и показателями экономической эффективности, прежде всего в стоимостном отношении предварительных затрат и конечного результата. Соответственно, в зависимости от планируемых качественных характеристик привлекаемых для вторичного использования сточных вод определяется и степень сложности их очистки.
Современные технические возможности позволяют довести уровень очистки до качества питьевой воды, но поскольку стоимостные параметры такого рода систем очистки сточных вод делают их применение экономически малоэффективным, то, в основном, речь сегодня может идти о вторичном использование сточных вод для технических (непитьевых) целей.
Традиционные методы обработки воды, направляемой на сброс, для обеспечения такого качества недостаточны. Сегодня появляются новые альтернативные технологии очистки и дезинфекции, при помощи которых удается снизить уровень содержания в воде микробов, питательных веществ, токсических веществ и выйти на требуемый уровень качества воды при относительно невысокой стоимости.
Двойная система – это когда параллельно с обычным водопроводом для питьевой воды монтируется специально для прошедшей соответствующую очистку параллельная вторая сеть трубопроводов. Именно такие системы в настоящее время являются наиболее популярными. При этом распределительные сети подачи очищенных сточных вод для вторичного использования должны отличаться от сетей питьевого водоснабжения, то есть быть обозначены особым образом и иметь соответствующую маркировку.
Качественные характеристики регенерированной воды позволяют применять её в следующих основных целях: – системы орошения: полив культурных растений, участков озеленения, садово-парковых зон и спортивных объектов; – гражданское назначение: мойка мостовых и тротуаров населенных пунктов, водоснабжение отопительных сетей и сетей кондиционирования воздуха, водоснабжение вторичных водораспределительных сетей (отдельно от питьевого водопровода) без права непосредственного использования такой воды в зданиях гражданского назначения, за исключением систем слива туалетов и санузлов; – промышленное назначение: снабжение систем пожаротушения, производственных контуров, моечных систем, при этом необходимо исключить такие технологические схемы, в рамках которых возможен контакт вторично используемой регенерированной воды с пищевой, фармацевтической и косметической продукцией.
Технология очистки сточных вод для вторичного использования для технических целей включает следующие последовательные этапы: осветление флокуляцией, фильтрование и дезинфекцию. При этом основные объемы отводимых на такую очистку стоков составляет обычная бытовая сточная вода, которую принято именовать «серым» сливом. Поскольку из этих бытовых стоков исключаются фекальные воды, загрязненные физиологическими отходами, то обычно не возникает необходимости в конструировании чересчур громоздких вторых сетей.
Такая система применяется в том случае, если есть потребитель с большим расходом, сбросная вода которого по количеству и по качеству может удовлетворять всех остальных потребителей. Схема такой системы приведена на рис.2.2.
Рис.2.2. Схема системы водоснабжения с повторным использованием воды
Обозначения элементов на этой схеме такие же как и на рис.2.1.
По существу это тоже прямоточная система, но, в данном случае, здесь из источника забирается только то количество воды, которое необходимо потребителю 7.1. Остальные используют его сбросную воду.
Достоинства:
а) система позволяет сократить забор природной воды и, следовательно, сброс стоком;
б) удешевляются практически все элементы системы, так как снижаются их производительности.
2.4. Оборотная система водоснабжения
Оборотная схема обладает еще большими возможностями в удешевлении системы технического водоснабжения. Это достигается сокращением потребления свежей воды и сброса загрязненных стоков.
За создание оборотных систем говорит то обстоятельство, что 75-85% технической воды в технологических аппаратах только нагревается. И, следовательно, после охлаждения она может вновь использоваться.
Один из вариантов схем оборотных систем водоснабжения приведен на рис.2.3.
В этой системе можно использовать и ту техническую воду, которая загрязняется легко удаляемыми примесями. Для этого систему необходимо оснастить очистными устройствами для загрязненных стоков 3.2. Прошедшая очистку вода насосами оборотной воды 2.3 подается в водоохлаждающее устройство 10, после чего она попадает в сборный резервуар 4.3. Отсюда вода насосами станции 2-го подъема снова подается через водопроводную сеть потребителям.
Рис.2.3. Схема оборотного производственно-технического водоснабжения: 1 – водозабор; 2.1 – насосная станция 1-го подъема; 2.2 – насосная станция 2-го подъема; 2.3 – насосная станция оборотной воды; 2.4 - циркуляционная станция; 3.1 – очистные устройства природной воды; 3.2 – очистные устройства загрязненных стоков; 4.2 – резервуар очищенной теплой воды; 4.3 – сборный резервуар очищенной и охлажденной воды; 7 – потребители воды; 8 - водопроводная сеть; 9 – сеть для сбора отработавшей воды; 10 – водо-охлаждающее устройство.
При работе системы часть воды теряется с уносом – Q ун, испарением –Q исп, утечкой –Q ут, продувкой –Q пр и за счет сброса в канализацию части воды, которая не может быть использована повторно –Q сбр. Для компенсации этих потерь из природного источника забирается соответствующее количество свежей воды –Q ист. Это количество оценивается с помощью материального баланса системы:
Величина продувки Q пр находится из солевого баланса оборотной воды (см. подраздел).
Количество добавляемой воды составляет примерно 5-10% от общего количества потребляемой воды на производстве. То есть в 10-20 раз сокращается забор воды из источника по сравнению с прямоточной системой.
Преимущества оборотной системы:
а) снижаются затраты на сооружение водозаборных устройств, насосной станции 1-го подъема, водоводов, очистных сооружений природной воды;
б) снижаются сбросы загрязненной воды в водоемы.
Дополнительные затраты на водоохлаждающие устройства, очистные сооружения стоков, насосной станции оборотной воды быстро окупаются даже без учета экологических преимуществ.
Все оборотные системы подразделяют на локальные, централизованные и смешанные.
В локальных системах вода после восстановления потребительских качеств используется в обороте одного (или последовательно в нескольких) технологических процессах.
В централизованных оборотных системах отработавшая вода собирается со всех производств, проходит обработку (очистку, охлаждение) единым потоком и опять возвращается на производство.
При смешанном водоснабжении воды одной оборотной системы используются в другой оборотной системе. Например, из охлаждающей системы вода поступает в экстрагенную, из экстрагенной системы – в транспортирующую и т.д.
Если оборотная система работает без какого-либо сброса воды в источник, то она является замкнутой. Замкнутые системы – наиболее экологически чистые.
Техническое совершенство системы оборотного водоснабжения может быть оценено коэффициентом использования оборотной воды k об:
.
(2.2)
В ряде отраслей (химическая, черная металлургия, нефтеперерабатывающая) этот коэффициент достигает значений 0,85-0,9.
Рациональность использования воды, забираемой из источника, оценивается коэффициентом использования свежей воды k св:
.
(2.3)
Здесь Q об – расход оборотной воды в системе;Q св – количество свежей воды, забираемой из источника;Q сб – количество сточных вод, сбрасываемых в водоем.
Для замкнутых систем k св =1, для оборотных системk об и k св всегда меньше единицы.