Лекция 6_Участники ВХК_водопотребители

1.

Участники ВХК: коммунально-бытовое хозяйство
Лекция 6
1
Барнаульский водозабор, насосная станция №
1

2.

Коммунально-бытовое хозяйство обеспечивает подачу воды городскому и сельскому
населению, отведение их сточных вод. Вода в этом секторе экономики используется для
целей: питья, приготовления пищи, отопления, мытья посуды, в санузлах, для полива улиц и
тушения пожаров
Структура использования воды
Особенности коммунального хозяйства:
1. Высокие требования к качеству воды как по физическим свойствам (температура,
прозрачность, цветность, запах, привкус), так и по химическим (кислотность, жесткость,
величина сухого остатка, содержание свинца, мышьяка, фтора, меди и др. элементов)
показателям. Важнейшим требованием является отсутствие в воде патогенных
микробов.
Для приведения качества воды в соответствие с санитарно-гигиеническими
требованиями ее подвергают специальной обработке (водоподготовке). Воду
фильтруют, коагулируют (для перевода в осадок примесей), хлорируют или фторируют с
целью дезинфекции, обогащают аммиаком для улучшения вкусовых качеств.
2. Относительная равномерность потребления воды в течение года и неравномерность в
течение суток. При повышении температуры воздуха потребление воды несколько
возрастает, однако сезонные колебания не превышают 15-20 %. В то же время суточные
колебания значительны, так как более 70 % воды потребляется днем.
2

3.

Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения с учетом их
санитарной надежности выбирают в следующем порядке:
межпластовые напорные воды
межпластовые безнапорные воды
грунтовые воды, искусственно наполняемые, и подрусловые подземные воды
поверхностные воды (реки, водохранилища, озера, каналы)
Наилучшим качеством обладают межпластовые артезианские подземные воды, имеющие
очень небольшое загрязнение химическими веществами и патогенными микробами. На них
мало влияют социально-бытовые (плотность населения, развитие промышленности,
транспорта и т. п.) и природные (климатические, сезонные) факторы.
В отличие от них грунтовые воды, расположенные неглубоко под землей, подвержены
влиянию этих факторов, вызывающих ухудшение органолептических свойств воды (запах,
цвет, мутность).
Однако их качество значительно лучше, чем поверхностных вод, которые наименее
пригодны для питьевого водоснабжения, так как возможность загрязнения их велика.
"Свято-Никольский" родник
расположен в Барнауле на
территории пос. Кирова
(Булыгино).
ГОСТ 2761-84. Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические,
технические требования и правила выбора
3

4.

Объем водопотребления в коммунально-бытовом хозяйстве (Wкбх) зависит от численности
населения (N), нормы водопотребления (q) , расчетного периода времени (τ) и коэффициента
полезного действия (η) системы водоснабжения:
Wкбх = N* q * τ / η , млн.м3
Норма водопотребления (q) - количество воды (в литрах), которое потребляется одним
человеком в сутки. Экологически оптимальная норма для условий города в средней полосе
России составляет 200 -250 л/сут*чел. Норма водопотребления зависит от климатических
условий и степени благоустройства населенных пунктов, которая характеризуется наличием
систем централизованного водоснабжения.
Нормы водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды населения в жилищном фонде
России (литров в сутки на 1 человека)
Степень благоустройства жилых зданий
Жилые здания, оборудованные внутренним водопроводом и
канализацией, с ванными и местными водонагревателями
Жилые здания, оборудованные внутренним водопроводом и
канализацией,
с
ванными,
с
централизованным
горячим
водоснабжением
Норма расхода
воды, л/сут
180
210
СП 30.13330 «СНиП 2.04.01-85* Внутренний водопровод и канализация зданий» – утв. приказом Минстроя4
России № 951-пр от 16.12.2016.

5.

Обеспеченность централизованными системами и сантехническими удобствами в
настоящее время в России не превышает 71-85 %. При этом показатель
благоустройства городов находится на уровне 99 %, а для сельской местности не
превышает 15 %.
А)
Б)
Обеспеченность централизованным водоснабжением (А), и
показатели благоустройства городов (Б), %
5

6.

В коммунально-бытовом хозяйстве преимущественно используется прямоточная
система водоснабжения, и только в отоплении жилых помещений задействована
оборотная система
Системы водоснабжения: А – оборотная; Б - прямоточная
6

7.

Виды сточных вод, образующихся в коммунально-бытовом секторе (городском и сельском):
хозяйственно-бытовые стоки (их объем определяется коэффициентом возвратных вод,
который равен Квв = 0,6-0,7)
поверхностные сточные воды: ливневые (образуются после выпадения осадков в теплый
период года), талые (образуются в период снеготаяния) и поливомоечные (образуются в
теплый период года после мытья твердых покрытий). До трети загрязнений поступают в
водные объекты с загрязненными поверхностными стоками
Хозбытовые стоки сильно загрязнены: 70 % хозбытовых стоков проходят очистку, в том
числе 57 % на биологических очистных сооружениях. В среднем кратность превышения ПДК
по разным загрязнителям составляет 7-10 ПДК.
Характерные загрязняющие веществ в хозбытовых сточных водах и их средние концентрации
Загрязняющие вещества
Концентрация, мг/л
Алюминий
0,5
Азот аммонийный
18-20
Железо
0,5-1,0
Цинк
0,08
Медь
0,02
БПК
40-60
Сульфаты
100
Хлориды
50
Взвешенные вещества
50-80
7

8.

Поверхностный сток формируется в условиях селитебных территорий.
Селитебные территории (городские земли) - это земли, предназначенные для строительства
жилых и общественных зданий, промышленных предприятий, дорог, улиц и т. п. в пределах
городов и посёлков городского типа. Образующийся после выпадения дождя, таяния снега
или поливки улиц сток отличается высокой концентрацией взвешенных веществ,
органических загрязнителей (оцениваемых по ХПК и БПК) и нефтепродуктов.
Качественная характеристика поверхностного стока городских территорий
Показатели
Средняя концентрация загрязняющих веществ, мг/л
Дождевые стоки
Талые воды
Взвешенные вещества
1230
1645
ХПК
470
562
БПКпол
62
220
Нефтепродукты
20-30
50-70
Биохимическое потребление кислорода (БПК) – показатель загрязнения воды легко разлагающимися
органическими веществами, характеризуемый количеством кислорода, которое за определенное время
пошло на окисление химических веществ-загрязнителей, содержащихся в единице объема воды
Химическое потребление кислорода (ХПК) – количество кислорода, потребляемое при химическом
окислении содержащихся в воде органических и неорганических веществ под действием различных
окислителей
8

9.

Концентрации взвешенных веществ в поверхностных сточных водах селитебных территорий в
зависимости от степени благоустройства территории
Характеристика территории
Концентрация, г/л
Высокая степень благоустройства, регулярная уборка дорожных покрытий
0,3 - 1,0
Современная жилая застройка
1,4 - 1,5
Центральные благоустроенные районы с интенсивным движением транспорта
1,7 - 2,2
Слабо благоустроенная территория с преобладанием усадебной застройки
1,8 - 2,5
Наличие эродируемых склонов или строительных площадок
4,0 - 5,0
Объем ливневых сточных вод (Wл) определяется количеством осадков (Ос), коэффициентом
поверхностного стока (σ) и площадью территории, занятой коммунальным сектором (F)
Wл = σ * Ос * F ,
млн.м3
Коэффициент стока в значительной степени зависит от уклонов местности, водно-физических
свойств почво-грунтов и вида покрытия. Так коэффициент стока для асфальтовых покрытий
составляет 0,9- 0,95, для газонов 0,1-0,3
Значения коэффициентов поверхностного стока с грунтов в зависимости от их водопроницаемости
и уклонов местности
Характеристика почв по
механическому составу
Уклон водосборной площади, промилле
< 0,1
0,01-0,05
> 0,05
Легкие
0,1-0,2
0,15-0,25
0,2-0,3
Средние
0,15-0,25
0,2-0,3
0,25-0,4
Тяжелые
0,25-0,4
0,3-0,6
0,5-0,75
9

10.

Экономия воды в коммунально-бытовом секторе достигается за счет:
снижения непроизводительных потерь воды, составляющих 15 % от общего объема стоков
путем:
-использования труб из высокопрочного чугуна с внутренним цементно-песчаным
покрытием, стальных труб больших диаметров с внутренней облицовкой и наружной
изоляцией из полиэтилена, полиэтиленовых трубопроводов
- реконструкции и наладки систем водоснабжения в жилых микрорайонах при
необходимости с заменой насосного оборудования
- использования современной сантехнической арматуры
снижения объемов удельного водопотребления путем:
- установки счетчиков расхода воды, что приводит к экономии в среднем на 35%. В
квартирах, оборудованных счетчиками, суточное потребление горячей воды снижается до
60 л/чел., что менее 50% суточного нормативного объема
- разработки оптимальных норм водопотребления, дифференцированных с учетом
климатических условий
- совершенствования систем регулирования давления в водопроводных сетях.
Повышение давления на 0,1 МПа увеличивает потери воды на 6-8 %
- экономического стимулирования экономии воды
- введения прогрессивных систем водоснабжения для экономии пресной воды. Объем
воды используемый для питьевых целей составляет 2-5% объема потребляемого для
хозяйственно-бытовых нужд населения. Введение дуплексных (двойных) систем
водоснабжения, позволяют использовать разную по качеству воду. Вода питьевого и
технического качества, пригодная для хозяйственно-бытовых целей, подается по разным
системам водоснабжения, что существенно снижает потребность в воде питьевого
качества
10

11.

В соответствии с нормативами считается, что
среднестатистический человек потребляет 180-210 л воды в сутки.
Тогда суточное потребление на семью из 4 человек составит 720840 л/сут, а месячное потребление – 24000-30000 л (21,6 – 25,2 м3)
Этот норматив необоснованно завышен
В квартирах с установленными
водосчетчиками та же семья, не меняя своих
бытовых привычек, фактически потребляет 1215 м3, а в режиме экономии – 8-10 м3.
136 л
Примерно четверть от общего объема воды,
предназначенной на хозяйственно-бытовые нужды,
сливается в унитаз
11

12.

14

13.

Природоохранные мероприятия
очистка сточных вод
замена грунтовых покрытий твердыми и газонами – снижается объем
поверхностного стока (коэффициент поверхностного стока для газонов в среднем
составляет σ газ = 0,1- 0,3, для грунтовых покрытий - σ гр =0,5-0,7) и интенсивность
протекания водно-эрозионных процессов
санитарное содержание территорий - регулярная уборка территории приводит к
снижению объемов взвешенных веществ в ливневых и талых водах на 10-20%
организация ливневой канализационной сети для отвода поверхностного стока стоки направляются на очистные сооружения перед их сбросом в водный объект
экономическое стимулирование проведения природоохранных мероприятий и
введение штрафных санкций при загрязнении окружающей среды
р. Барнаулка
15

14.

Участники ВХК: промышленность
16
Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат

15.

Промышленность – один из основных потребителей воды.
По объему водозабора занимает третье место после сельского хозяйства и
теплоэнергетики.
Объемы водопотребления зависят от вида промышленных предприятий и
технологии выработки продукции. Наиболее водоемкими отраслями являются
черная и цветная металлургия, машиностроение, нефтехимическая и
деревообрабатывающая промышленности.
Большое количество промышленных предприятий расположено в городах. Вода
подается по единой системе водоснабжения, что приводит к увеличению расхода
воды питьевого качества на технические нужды (до 30- 40% суточной подачи
городских водопроводов)
Особенности использования водных ресурсов в промышленности:
большие объемы водопотребления и водоотведения
незначительная доля безвозвратного водопотребления
большая зависимость расхода воды, забираемого из источника, от технологии
производства и системы водоснабжения
разнообразие функций использования воды
равномерность потребления воды в течение года
большой удельный вес в загрязнении источников воды
17

16.

Требования к количеству забираемой воды
Водное хозяйство промышленных предприятий предназначено для:
удовлетворения технологических нужд производства
удовлетворения бытовых потребностей работников
уборки помещений и территории предприятия
противопожарных нужд
Водное хозяйство промышленных предприятий состоит из комплекса
водохозяйственных установок для:
водоподготовки
использования воды
очистки сточных вод
водоотведения
Факторы, определяющие необходимый объем использования воды:
1.
2.
3.
4.
характер использования воды
объем и вид выпускаемой продукции
принятая технология производства
схема промышленного водоснабжения
18

17.

1
Характер использования воды
Производственные цели использования воды
сырье для получения различных продуктов таких, как кислоты, спирты,
минеральные удобрения и других химических продуктов
растворитель и разбавитель при кристаллизации и выщелачивании
теплоноситель или охладитель в технологических процессах
рабочая сила в гидравлических устройствах
моющее средство при промывке сырья, тары, готовых изделий
Непроизводственные цели использования воды
удовлетворение хозяйственно-бытовых потребностей работающего персонала
уборка производственных помещений
полив зеленых насаждений
обеспечение пожарной безопасности
Совокупность использования воды в производственных и непроизводственных целях
19 в

18.

2
Объем и вид выпускаемой продукции
Удельное расходование воды – количество необходимой воды (в м3) для выпуска
1 т готовой продукции.
Удельное водопотребление в некоторых отраслях промышленности
Вид продукции
Уголь
Чугун
Сталь
Прокат
Никель
Медь
Синтетический каучук
Синтетическое волокно
Нефть-сырец (переработка)
Химические удобрения
Бумага
Хлопчатобумажные ткани
Расход воды, м3/т
3-5
150-200
50-150
10-15
4000
500
2000-3500
2500-5000
30-50
300-600
200-800
300-1000
20
Укрупненные нормы расхода воды и количества сточных вод на единицу продукции для

19.

Водоемкие отрасли – отрасли с высоким удельным расходованием воды
Наиболее водоемкие отрасли:
Доля отдельных отраслей в общем
расходе воды на промышленные
нужды:
химическая промышленность
целлюлозно-бумажная промышленность
производство синтетических волокон
металлургия
химическая промышленность – 13%
черная металлургия – 12 %
целлюлозно-бумажная
промышленность – 8 %
цветная металлургия – 4 %
3
Технология производства
Удельное водопотребление зависит также от технологии, применяемой для
получения промышленной продукции.
Например, на химических предприятиях, выпускающих одну и ту же продукцию, в
зависимости от технологии производства удельные расходы воды различаются в
5-10 раз.
21

20.

Определение объемов потребляемой воды промышленным предприятием
На современных промышленных предприятиях преимущественно используются
оборотная, повторно-последовательная и комбинированная схемы водоснабжения
Объем полного водопотребления (Wп):
Wп = Wсв + Wоб , где
Wсв – объем забираемой свежей воды
Wоб – объем оборотной воды
Объем свежей воды (Wсв):
Wсв = Wбв + Wсб , где
Wбв – объем безвозвратного водопотребления
Wсб – объем водоотведения
22

21.

Оборотный объем воды (Wоб) – объем воды, многократно используемый в
системах оборотного водоснабжения
Безвозвратное водопотребление (Wбв) в промышленности состоит из:
объема воды, вошедшей в состав продукции
потерь воды в процессе водоподготовки и в водопроводящей сети
потерь воды в процессе производства, очистки и охлаждения
объема загрязненных стоков, которые подлежат уничтожению (выпаривают,
сжигают или закачивают в подземные изолированные горизонты)
Объем безвозвратного водопотребления зависит от технологии производства и
принятой на предприятии схемы водоснабжения
добыча нефти – 50 % полного водопотребления
охлаждение на ТЭЦ – 1 % полного водопотребления
Безвозвратные потери в схемах оборотного водоснабжения (при использовании
воды для охлаждения) несколько больше, чем в прямоточных.
Дополнительные потери складываются из потерь на испарение, фильтрацию и
капельный унос из открытых оборотных систем.
Удельные безвозвратные потери в промышленности в зависимости от системы
водоснабжения изменяются от 2 % (при прямоточной схеме) до 12 % (при оборотной
схеме).
23

22.

Балансовые схемы расходования воды на промышленном предприятии
В балансовых схемах указывается расход воды:
подаваемый каждому потребителю: цеху, корпусу (оборотная и последовательно
используемая вода, свежая вода из источника)
вошедшей в состав продукции
сбрасываемый каждым потребителем (сточная вода)
теряемый безвозвратно на очистных сооружениях, на охладительных установках
и т. д. (безвозвратные потери)
идущий на хозяйственно-питьевые нужды предприятия
используемый на полив зеленых насаждений, мойку твердых покрытий
используемый на пожаротушение
Кроме того, в балансовых схемах указывают:
направление движения воды
виды водоотводящих и водоподводящих коммуникаций
категории транспортируемой по коммуникациям воды
расположение потребителей воды, сооружений по ее охлаждению, очистке и т. д.
Балансовую схему можно представить:
в абсолютных количествах циркулирующих вод за единицу времени (м3/сут, м3/ч)
24
3
в удельных расходах воды на единицу продукции или потребляемого сырья (м /т).

23.

25

24.

Предприятия промышленности являются одним из основных источников
загрязнения водных объектов. Со сточными водами промышленности в них
поступает широкий спектр загрязняющих веществ. Особенно разнообразны по
составу сточные воды химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей,
целлюлозно-бумажной и угольной промышленности
Сточные воды промышленности по качеству делятся на категории:
загрязненные - не прошедшие очистку
недостаточно очищенные – прошедшие очистку, но не отвечающие
нормативам качества
нормативно очищенные – прошедшие требуемую очистку
условно чистые – не загрязненные в процессе производства
Загрязненность сточных вод
отраслей промышленности, по
индексу загрязнения воды
(УКИЗВ)
26

25.

Загрязненные воды должны проходить очистку на локальных очистных сооружениях.
Мощность сооружений очистки стоков достаточна, но их эффективность низкая. Поэтому 8085% сточных вод прошедших очистку, не соответствуют нормативным требованиям
Кратность превышения ПДК загрязняющих веществ в сточных водах промышленных
предприятий
27

26.

Объем сточных вод в среднем по промышленности РФ составляет около 90% объема
водопотребления (Квв=0,8-0,9).
Не все сточные воды сбрасываются в водные объекты, часть их используется в оборотнопоследовательных системах (около 70%), что приводит к существенному снижению
объемов возвратных вод
Соотношение между объемами сточных и возвратных вод в промышленности
Отрасль промышленности
Коэффициент
водооборота
Сточные
воды, %
Возвратные
воды, %
Цветная металлургия (цинк)
0,93
93,5
0,5
Химическая промышленность
(производство удобрений)
0,90
96,0
6,0
Нефтехимическая промышленность
0,97
97,6
0,6
Автомобилестроение (легковые
автомобили)
0,67
93,0
25,0
Мебельное производство
0,64
88,0
24,0
Стекольная промышленность
(оконное стекло)
0,70
98,0
28,0
Кожевенное производство
0,14
85,0
71,0
Среднее
0,71
93,0
22,0
28

27.

Водосберегающие мероприятия
Поверхностный
сток
Доочищенные
городские
сточные воды
Карьерношахтные воды
Промышленное
водоснабжение
Безводные и
маловодные
процессы
Дополнительные
водоисточники
Совершенствова
ние технологии
Экономное
потребление
воды
Сокращение
потребления
свежей воды
Сокращение
удельного
водопотребления
Увеличение
единичных
производственных мощностей
Оборотные
системы
водоснабжения
Безотходное
ресурсосбережение
Автоматизация
процессов
управления
Морская вода
Борьба с
непроизводительным
расходованием
29
воды и утечками

28.

Экономия воды в промышленности достигается за счет проведения ряда мероприятий
1. Введение прогрессивных систем водоснабжения
В России, соотношение объемов использованной свежей и оборотной воды
составляет, соответственно: 35,5 и 64,5%.
В промышленности используются комбинированные системы водоснабжения с
элементами оборотных, повторных и прямоточных систем, что позволяет
существенно снизить потребление свежей воды из источника водоснабжения.
Эффективность экономии свежей воды при использовании оборотных систем, от
общего потребления (W) составляет:
Э об =1- Wсв/W
Wсв = W-Wвв
В среднем коэффициент возвратных вод для промышленности равен Квв=0,8-0,9.
Учитывая соотношение Wвв=W*Квв получим, что введение полного водооборота
позволяет снизить забор свежей воды на 80-90%. При этом существенно
снижается опасность загрязнения водоприемника сточными водами.
30

29.

В районах с дефицитом пресной воды применяются дуплексные системы
водоснабжения. В этом случае пресная вода подается для питьевых целей, а
минерализованная используется для технических целей. Соотношение между
пресной и минерализованной водой используемой в дуплексных системах
колеблется в широких пределах, в зависимости от вида водопотребления
Соотношение между пресной и минерализованной водой, используемой в
дуплексных системах, %
Водопотребление
Пресная
Минерализованная
Население
10-30
90-70
Хозяйственные нужды подсобных производств
50
50
Ремонтные мастерские
75
25
Полив улиц
-
100
Полив газонов (минерализация 5 г/л)
-
100
Принципиальная схема дуплексной
системы водоснабжения
31

30.

2. Переход на маловодные технологии производства продукции. Например, замена
водяного охлаждения на воздушное
3. Экономическое стимулирование водоохранной деятельности предприятий.
Предоставление предприятиям налоговых и кредитных льгот при внедрении ими
малоотходных и ресурсосберегающих технологий, использование
нетрадиционных видов энергии, осуществление эффективных мер по охране
окружающей среды.
Экономический механизм призван заинтересовать предприятия в выполнении
требований экологического законодательства, например, путем введения:
платежей за использование природных ресурсов и за загрязнение
окружающей среды
налоговых и кредитных льгот в сфере охраны природы
4. Контроль и учет использования водных ресурсов. Это дает возможность
анализировать эффективность использования воды, выявлять случаи нарушения
договорных обязательств и природоохранного законодательства, применять
методы экономического стимулирования.
32

31.

Эффективность использования воды в производстве оценивается следующими
показателями.
Показатель технического совершенства системы водоснабжения, оценивается количеством
воды, используемой в оборотных системах.
Коб = Qоб/(Qоб + Qсв + Qсыр)
0<Роб<1
где Qсв, Qсыр – соответственно, объемы свежей воды забираемой из источника водоснабжения,
и объем воды поступающей в систему с сырьем; Qоб – объем воды используемый в оборотных
системах водоснабжения.
Чем больше значение данного коэффициента, тем меньше свежей воды забирается из водных
объектов, и более полно используются сточные воды в системе оборотного водоснабжения.
2. Рациональность использования воды, оценивается коэффициентом использования воды
Кис =(Qсв+Qсыр – Qст)/(Qсв + Qсыр)
0<Ки<1
Увеличение данного показателя приводит к снижению потерь воды и более полному ее
использованию в повторных системах.
3. Коэффициент безвозвратного водопотребления
Кб.п = (Qсв + Qсыр – Qст)/(Qсв + Qсыр + Qоб + Qповт)
где Qповт – объемы воды используемые в оборотных и повторных системах водоснабжения;
Qст - объем сточных вод
Данный параметр отражает долю безвозвратного водопотребления в общем объеме
использованной воды. Система тем совершеннее, чем меньше значение данного показателя.
33

32.

Использованные источники
1. Комплексное использование и охрана водных ресурсов: Учебное пособие / С.В. Яковлев,
И.Г. Губий, И.И. Павлинова, В.Н. Родин. – М.: Высшая школа, 2008 - с.
2. Маркин В.Н., Раткович Л.Д., Соколова С.А. Комплексное использование водных ресурсов
и охрана водных объектов: Учебное пособие. – Часть 1. – Москва: ФГБОУ РГАУ МСХА им.
Тимерязева. – 2015. – С. 99-.
3. Сравнение систем водоотведения: https://1pokanalizacii.ru/montazh/obshhesplavnayakanalizaciya.html
4. Схемы водоотведения городов и промышленных предприятий:
https://studref.com/324194/stroitelstvo/shemy_vodootvedeniya_gorodov_promyshlennyh_p
redpriyatiy
34