Создание экономически рациональных замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов только путем совершенствования способов очистки сточных вод или внедрения безводных процессов не представляется возможным. Для этого необходимо: многократное (каскадное) рациональное использование воды в производстве, применение маловодных или безводных технологических процессов и эффективных способов очистки локальных потоков сточных вод, с учетом повторного их использования, создание локальных замкнутых систем технического водоснабжения, использование сточных вод, прошедших обработку на внеплощадочных очистных сооружениях, в системах технического и охлаждающего водоснабжения и т.д.
Анализ показывает, что создание экономически обоснованных замкнутых систем водного хозяйства является весьма трудной задачей. Сложный физико-химический состав сточных вод, разнообразие содержащихся в них соединений и их взаимодействие друг с другом делают невозможным подбор универсальной структуры бессточных схем, пригодных для применения в различных отраслях народного хозяйства. Создание таких систем на предприятиях зависит от особенностей технологии, технической оснащенности, требований к качеству получаемой продукции и используемой воды и т.д. В ряде отраслей они уже внедрены или внедряются, а в других еще необходимы определённыe разработки и подготовка.
Вопросом первостепенной важности при создании замкнутых водооборотных систем является разработка научно-обоснованных требований к качеству воды, используемой во всех технологических процессах и операциях. В подавляющем большинстве технологических операций нет необходимости в использовании воды питьевого качества. Поэтому необходимо оценить максимально допустимые пределы основных показателей качества воды, которые, в основном, определяются следующими факторами:
- не должно ухудшаться качество получаемого продукта;
- должна обеспечиваться безаварийная работа оборудования; оно не должно разрушаться вследствие коррозии, на стенках не должны появляться отложения и т.д.;
- не влиять на здоровье обслуживающего персонала за счёт изменения токсикологических или эпидемиологических характеристик воды.
Исторически сложилось так, что при разработке технологических схем на качество воды не обращали внимания. Питьевая и даже техническая вода в подавляющем большинстве случаев удовлетворяла технологов, а использованную воду просто сбрасывали в водоёмы и только позднее стали направлять на очистные сооружения.
Общими вопросами, при разработке замкнутых водооборотных систем, для всех отраслей народного хозяйства являются следующие:
- максимальное внедрение воздушного охлаждения вместо водяного (на многих предприятиях на охлаждение расходуется до 70% всей используемой воды);
- размещение комплекса производств на промышленной площадке таким образом, чтобы было возможно многократно (каскадно) использовать воду в технологических процессах;
- последовательное, многократное использование воды в различных или идентичных производствах должно, по возможности, приводить к образованию небольшого объема максимально загрязненных сточных вод, для обезвреживания которых можно подобрать достаточно эффективные и (как правило) дорогостоящие методы очистки;
- использование воды для очистки газов только тогда, когда из газов извлекаются и используются ценные компоненты; применение воды для очистки газов от твердых частиц допускается только в случае замкнутого цикла;
- обязательная регенерация отработанных кислот, щелочей и солей, извлекаемых в качестве вторичного сырья.
При создании замкнутых водооборотных систем промышленных предприятий водоподготовка и очистка сточных вод должны рассматриваться как единая система. Проектирование замкнутых систем проводится одновременно с проектированием основного производства. Образующиеся при очистке сточных вод осадки перерабатываются в товарную продукцию или выдаются в виде вторичного сырья.
Особенностью замкнутых водооборотных систем является обязательный учет токсикологической и эпидемиологической характеристик очищенных сточных вод и их влияния на человека. Для предприятий, использующих очищенные сточные воды в замкнутых системах технического водоснабжения, где нет непосредственного контакта работающих с ними, рекомендуется проводить специальную фильтрацию и обезвреживание хлором. Однако в ряде случаев некоторые показатели сточных вод после хлорирования ухудшаются: появляются более интенсивные окраска и запах. Лучшие результаты по гигиенической эффективности доочистки сточных вод получены при использовании озона.
С целью предотвращения загрязнения воздушного бассейна и почвы в районе градирен необходим минимальный унос из них капельной влаги. В обычных условиях унос капельной влаги из градирен достигает 0,3% и более. Однако при использовании очищенных сточных вод для пополнения систем охлаждающего водоснабжения он не должен превышать 0,05 - 0,1%, поскольку мельчайшие капли влаги содержат вредные вещества.
Большое внимание в оборотных системах охлаждающего водоснабжения уделяется борьбе с биологическим обрастанием, для чего приходится применять специальные ингибиторы, содержащие токсичные вещества, например, соли хрома, или хлорировать (озонировать) воду.
Общая система водного хозяйства должна включать сбор, очистку и использование ливневых вод, которые в ряде случаев применяются для подпитки систем оборотного водоснабжения. Сбор и очистка ливневых вод в связи со случайным выпадением осадков достаточно сложны и требуют значительных капитальных вложений. Обычно для подпитки оборотных систем, а в ряде случаев и вообще для технического водоснабжения, используются очищенные сточные воды городов.