Совершенствование водных систем предприятия по

УДК 628.1`16
И. И. Данилов, А. Г. Мелехин
I. I. Danilov, A. G. Melehin
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВОДНЫХ СИСТЕМ ПРЕДПРИЯТИЯ
ПО ПРОИЗВОДСТВУ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
IMPROVEMENT OF WATER AND WASTEWATER SYSTEMS OF
FACTORIES PRODUCING MINERAL FERTILIZERS
Аннотация. Статья посвящена рассмотрению водных систем предприятий производящих минеральные удобрения. Рассмотрены основные потребители воды и источники сточных вод на предприятии. Предложено разделение сточных вод на виды в зависимости от типа загрязняющих компонентов.
Описаны пути модернизации водных систем, обеспечивающие реализацию
бессточного цикла водоснабжения и водоотведения.
Abstract. The article is devoted to water and wastewater systems of factories
producing mineral fertilizers. Considered main consumers of water and sources of
wastewater at the factories. Offered a division of waste water on a species, depending from a type of polluting components. Describes ways to modernize water systems to provide implementation drainless cycle of water and wastewater.
Ключевые слова: предприятия по производству минеральных удобрений,
совершенствование водных систем, система водоснабжения, система водоотведения, бессточная схема водоснабжения, производственные сточные воды,
очистка сточных вод.
Keywords: factories producing mineral fertilizers, improvement of water and
wastewater systems, water system, wastewater system, drainless scheme of water
system, industrial wastewater, wastewater treatment.
Химическая промышленность в России, как и практически во всех экономически развитых странах, является одной из основных отраслей. Производство минеральных удобрений, в свою очередь, является ведущим направлением химического комплекса России.
Целью статьи является рассмотрение, и поиск путей совершенствования
водных систем предприятия по производству минеральных удобрений. Производственный потенциал промышленности минеральный удобрений размещен более чем на 40 специализированных предприятиях, расположенных по
всей территории России, а также на десятках предприятий других отраслей
химического комплекса, что говорит о возможности применения предпринятых путей совершенствования водных систем на аналогичных предприятиях
данного комплекса.
Продукция предприятия является материало- и энергоемкой, то есть,
значительную часть затрат в себестоимости продукции составляет сырье и
энергетические ресурсы.
Рассматриваемое предприятие потребляет электроэнергию, природный
газ, техническую и питьевую воду. Вода рассматривается в энергетическом
балансе предприятия наравне с другими энергоресурсами, так как она напрямую в нем участвует и, имея существенную стоимость, влияет на распределение материальных затрат предприятия. Доля затрат предприятия на основные энергоресурсы представлена на рис. 1.
Рис. 1. Доля затрат на основные энергоресурсы
Для снижения затрат связанных с эксплуатацией систем водоснабжения
и водоотведения, а так же снижения вредного воздействия предприятия на
окружающую среду рассмотрена возможность реализации на предприятии
бессточной схемы технического водоснабжения, предусматривающей очистку сточных вод и использовании их в системе технического водоснабжения.
Данное решение позволяет предотвратить сброс загрязненных стоков и
уменьшить забор свежей воды.
Водные системы предприятия
Системы водоснабжения
На предприятии предусмотрены следующие системы водоснабжения:
- система хозяйственно-питьевого водоснабжения – предназначена для
обеспечения, водой бытовых помещений производственных корпусов предприятия, здания административно-бытового корпуса, здания заводоуправления и здания столовой;
- система технического водоснабжения – предназначена для обеспечения
технической водой нужд следующих потребителей:
- цеха деминерализованной воды, обеспечивающего глубоко обессоленной водой нужды основных производств предприятия. Деминерализованная
вода на предприятии используется для получения пара высокого давления,
который в свою очередь используется для осуществления работы технологического оборудования (приводы турбин, насосов, компрессоров), в основном
технологическом процессе получения минеральных удобрений, а так же на
прочие технологические и производственные нужды цехов;
- установки оборотного водоснабжения. Производство минеральных
удобрений осуществляется при высоких температурах и давлении, что обуславливает необходимость в охлаждении оборудования на различных стадиях
технологического процесса, для этих целей на предприятии предусмотрена
установка оборотного водоснабжения;
- система охлаждения азотных установок, компрессоров воздуха, азота и
углекислоты;
- система противопожарного водоснабжения.
Основное внимание уделено системам технического водоснабжения, так
как объемы воды используемой в них на порядок превышает объем воды используемой в остальных системах водоснабжения предприятия. Соотношение
количества воды, используемой различными системами водоснабжения,
представлено на рис. 2.
Рис. 2. Соотношение потребляемой воды по системам водоснабжения
Системы водоотведения
На предприятии предусмотрены следующие системы водоотведения:
- система бытовой канализации – предназначена для отведения бытовых
сточных вод от корпусов предприятия;
- система производственной (химически загрязненной) канализации –
предназначена для отведения химически загрязненных сточных вод;
- система ливневой канализации – предназначена для отведения дождевых и талых сточных вод образующихся с территории предприятия.
В настоящее время производственная и ливневая канализации объединены в одну систему. Производственные и ливневые сточные воды собираются
раздельно соответствующими системами. На границе ответственности предприятия предусмотрен переливной колодец, в котором происходит объедине-
ние потоков сточных вод, откуда сточные воды общим потоком отводятся на
очистные сооружения соседнего предприятия.
Как и в системах водоснабжения, в которых объем воды используемый
на производственные нужды является наибольшим, так и в системах канализации объем сточных вод, отводимых объединенной системой производственно-ливневой канализации превышает на порядок объем сточных вод отводимый системой бытовой канализации. Соотношение объемов сточных вод
по различным системам водоотведения представлено на рис. 3.
Рис. 3. Соотношение сточных вод по системам водоотведение
На территории предприятия существует несколько источников химически загрязненных сточных вод отводимых системой производственноливневой канализации:
- сточные воды от цеха деминерализованной воды;
- продувки установки оборотного водоснабжения;
- сточные воды от системы охлаждения компрессоров углекислоты;
- сточные воды, образующиеся от продувок технологических аппаратов,
продувок паровых котлов, конденсатов паровых систем, от дренирования
оборотной воды;
- ливневые и талые сточные воды.
В зависимости от источника поступления на предприятии можно два вида сточных вод. Первый вид сточных вод – нефтесодержащие сточные воды –
содержат значительное количество нефтепродуктов и взвешенных веществ, к
ним относятся сточные воды системы охлаждения компрессоров углекислоты, сточные воды от продувок технологических аппаратов и т. д., ливневые и
талые сточные воды. Ко второму виду сточных вод - сточные воды с высоким
солесодержанием – относятся сточные воды от цеха деминерализованной воды, продувки установки оборотного водоснабжения.
Общая схема технического водоснабжения и водоотведения до модернизации представлена на рисунке 4.
Рис. 4. Схема водных потоков предприятия до модернизации: АК-1,5 – система охлаждения азотных установок, компрессоров азота и воздуха; УОВ – установка оборотного водоснабжения; УХПС-1 и УХПС-2 – установки химической подготовки сырья, входящие в цех
деминерализованной воды; АЗКС – компрессорная углекислоты; ХЗК – химически загрязненная канализация
Совершенствование водных систем предприятия
В качестве основного направления совершенствования водных систем
предприятия рассматривается очистка производственных сточных вод предприятия и использование в качестве исходной воды в системе технического
водоснабжения. Данные мероприятия позволяют снизить потребление исходной воды, а также исключить сброс химически загрязненных сточных вод,
что в целом ведет к улучшению экологической обстановке прилегающих территорий. Кроме этого достигается снижение доли затрат на оплату услуг водоснабжения и водоотведения, что в свою очередь ведет к снижению себестоимости продукции и повышению её конкурентоспособности.
В настоящий момент на предприятии реализована прямоточная система
водоснабжения, представленная на рисунке 4.
Для реализации бессточной схемы технического водоснабжения предложены следующие решения:
- разделение сточных вод по типу загрязняющих компонентов (сточные
воды с высоким содержанием взвешенных и нефтепродуктов, сточные воды с
высоким солесодержанием);
- раздельная очистка каждого типа сточных вод;
- совместная подача очищенных сточных вод в систему технического водоснабжения предприятия;
- замена существующей стадии предварительной обработки (отстаивание
–› фильтрация на механических фильтрах –› фильтрация на органополготительных фильтрах) на ультрафильтрацию, обеспечивающую требуемую степень предварительной подготовки исходной воды перед подачей на стадию
обратного осмоса;
- обработка образующихся осадков и концентратов с получением обезвоженного осадка и соли.
К сточным водам с высоким содержанием нефтепродуктов и взвешенных
вещест относятся: продувки технологических аппаратов производства аммиака и карбамида, сточные воды систем охлаждения компрессоров углекислоты, ливневые и талые сточные воды. Сбор сточных вод данного типа
предлагается осуществлять существующей системой ливневой и химически
загрязненной канализации. Расход нефтесодержащих сточных вод может
достигать 200 м3/час, содержание нефтепродуктов 80 мг/л.
Для осуществления обработки нефтесодержащих сточных вод приняты
следующие решения [1]:
- перекачка нефтесодержащих сточных вод в усреднительную емкость из
системы ливневой и химически загрязненной канализации погружными насосами;
- усреднение нефтесодержащих сточных вод;
- удаление нефтепродуктов из сточных вод методом напорной флотации;
- удаление остаточных концентраций нефтепродуктов и взвешенных веществ на осадочно-сорбционных фильтрах загруженных материалом ОДМ2Ф;
- тонкая очистка сточных вод от нефтепродуктов на фильтрах загруженных активированным углем.
Данные мероприятия позволяют добиться качества воды, удовлетворяющего требованиям подачи на стадию ультрафильтрации – содержание
нефтепродуктов не более 0,1 мг/л.
После очистки нефтесодержащие сточные воды подаются в усреднительную емкость, в которую кроме этого подаются продувки водооборотных
циклов и, при необходимости свежая камская вода. Продувки водооборотных
циклов отличаются отсутствием нефтепродуктов, что позволяет осуществить
их подачу, совместно с очищенными нефтесодержащими сточными водами
на стадию ультрафильтрации. После ультрафильтрации вода подается стадию
обратного осмоса. Применение технологии ультрафильтрации позволяет добиться стабильного обеспечения требуемых показателей качества воды - значение коллоидного индекса SDI менее 2,0, мутность менее 0,1 NTU, низкое
содержание в органики и соединений кремния [2].
Стадию обратного осмоса планируется реализовать в две ступени – исходная вода подается на существующие обратноосмотические установки,
пермеат (фильтрат) после которых отводиться в промежуточную емкость, а
концентрат на вторую ступень дожимного обратного осмоса. Пермеат после
второй ступени, так же как и после первой ступени отводиться в промежуточную емкость. Суммарный поток пермеата составляет порядка 175 м3/час.
После частичного снижения солесодержания на стадии обратного осмоса
вода проходит дальнейшее глубокое обессоливание по существующей схеме
– H+-катионирование –› Декарбонизация –› ОН--Анионирование –› обессоливание на фильтрах смешанного действия – после чего подается на производство аммиака и карбамида.
Для создания бессточной системы предложены решения по обработке
осадка от сооружений очистки нефтесодержащих сточных вод, концентрата,
образующегося на стадии обратного осмоса и отработанных регенерационных растворов после стадии ионного обмена.
Для обработки осадка содержащего нефтепродукты и взвешенные вещества предложены следующие технологические решения [3]:
- коагуляция сточных вод после стадии ультрафильтрации;
- совместное отстаивание сточных вод после ультрафильтрации, а так же
осадка из усреднителя нефтесодержащих сточных вод;
- отвод образующейся в процессе обработка осадка воды в емкость перед
стадией ультрафильтрации;
- обработка образующегося осадка методом центрифугирования.
Ожидаемое количество обезвоженного осадка составляет до 40 кг/час.
Применение вышеуказанных технологий позволяет получить обезвоженный осадок пригодный для дальнейшей утилизации совместно с прочими
отходами предприятия.
Обработка концентрированных сточных вод стадии обратного осмоса
осуществляется совместно с отработанными регенерационными растворами
по следующей схеме:
- сбор и совместная нейтрализация концентрата после второй ступени
обратного осмоса и регенерационных растворов после стадии ионного обмена;
- очистка общего потока на установке ультрафильтрации;
- концентрация потока очищенного ультрафильтрата на третьей ступени
обратного осмоса;
- обработка концентрата третьей ступени обратного осмоса на блоке
упаривания;
После осуществления данных мероприятий достигается исключение образование высококонцентрированных сточных вод от стадии деминерализации воды. Образующаяся при обработке вода подается в промежуточную емкость перед стадией обратного осмоса, соль вывозиться для дальнейшей утилизации. Ожидаемый расход соли может достигать 200 кг/час.
Схема водных потоков предприятия после реализации мероприятий,
обеспечивающих исключения химически загрязненных представлена на
рис. 5.
Рис. 5. Схема водных потоков предприятия после модернизации: АК-1,5 – система охлаждения азотных установок, компрессоров азота и воздуха; УОВ – установка оборотного водоснабжения; УХПС-1 и УХПС-2 – установки химической подготовки сырья, входящие в цех
деминерализованной воды; АЗКС – компрессорная углекислоты; ХЗК – химически загрязненная канализация, ОСНССВ – очистные сооружения нефтесодержащих сточных вод, БКСВ –
блок обработки концентрированных сточных вод.
Принципиальная схема сооружений обработки водных представлена на
рис. 6.
Рис. 6. Принципиальная схема сооружений обработки водных потоков
Экономический эффект от модернизации водных систем
Реализация модернизации требует значительных капитальных вложений,
которые связаны с изыскательскими, проектными, строительно-монтажными
и пусконаладочными работами. Кроме этого новое оборудование предусмотренное для реализации бессточной схемы водоснабжения предприятия является достаточно энерго- и материалоемким, что ведет к увеличению эксплуатационных затрат связанных с производством деминерализованной воды и
очисткой образующихся сточных вод. Для оценки эффективности капитальных вложений была проведена оценка эффективности инвестиций в реализацию проекта по различным показателям [4].
В результате оценки были получены следующие значения показателей
эффективности инвестиций:
- срок реализации проекта – полный срок реализации проекта составляет
24 месяца.
- внутренняя норма рентабельности (IRR) – это средний доход на вложенный капитал, обеспечиваемый данным инвестиционным проектом, т.е.
эффективность вложений капитала в данный проект равна эффективности
инвестирования под IRR процентов в какой-либо финансовый инструмент с
равномерным доходом, внутренняя норма рентабельности проекта составляет
35,45 %.
- простой срок окупаемости (PP) - простым сроком окупаемости инвестиций (payback period) называется продолжительность периода от начального момента до момента окупаемости. Начальным моментом обычно является начало первого шага или начало операционной деятельности. Простой
срок окупаемости проекта составляет 4,49 года (4 года и 6 месяцев). Если
считать период окупаемости с момента окончания реализации проекта, то он
составит 2,49 года (2 года и 6 месяцев).
- дисконтированный срок окупаемости (DPP) - это срок, в расчете на который вложение средств в рассматриваемый проект даст ту же сумму денежных потоков, приведенных по фактору времени (дисконтированных) к
настоящему моменту, которую за этот же срок можно было бы получить с
альтернативного доступного для покупки инвестиционного актива. Дисконтированный срок окупаемости для данного проекта составит 5.65 года (5 лет
и 9 месяцев). Если считать период окупаемости с момента окончания реализации проекта, то он составит 3,65 года (3 года и 9 месяцев).
По представленным показателям можно признать проект перспективным. Предлагаемое решение имеет высокую норму внутренней рентабельности и сравнительно не большой срок окупаемости.
Выводы
1. В настоящее время на многих предприятиях России функционируют
прямоточные системы технического водоснабжения, которые являются серьезными источниками загрязнения окружающей среды. Кроме этого ежегодный рост тарифов на услуги водоснабжение и водоотведение для промышленных предприятий ведет к увеличению затрат, тем самым повышая себестоимость продукции и снижая её конкурентоспособность на рынке.
2. Для реализации бессточной системы технического водоснабжения необходим детальный анализ всех водных систем предприятия, который позволяет определить основных потребителей воды и источников сточных вод,
определить мероприятия необходимые для реализации бессточной системы,
наметить курс реализации проекта по исключению сточных вод от предприятия.
3. Оценка эффективности инвестиций показала достаточную перспективность проекта для промышленных предприятий, имеющего высокую норму внутренней рентабельности и короткий срок окупаемости.
Библиографический список
1. Стахов Е. А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов. – Л.: Недра, 1983. 263 с.
2. Первов А. Г. Современные высокоэффективные технологии очистки питьевой и технической воды с применением мембран : обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация
: монография / А. Г. Первов. - М. : АСВ, 2009. – 232 с.
3. Алферова А. А., Нечаев А. П. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных
предприятий, комплексов и районов М.: Стройиздат 1987
4. Волков Н.Г. Учет долгосрочных инвестиций и источников их финансирования. М :
Финансы и статистика, 1994.
Bibliography
1. Stahov E. A. Ochistka neftesoderzhawih stochnyh vod predprijatij hranenija i transporta
nefteproduktov. – L.: Nedra, 1983. 263 s.
2. Pervov A. G. Sovremennye vysokojeffektivnye tehnologii ochistki pit'evoj i tehnicheskoj
vody s primeneniem membran : obratnyj osmos, nanofil'tracija, ul'trafil'tracija : monografija / A. G.
Pervov. - M. : ASV, 2009. – 232 s.
3. Alferova A. A., Nechaev A. P. Zamknutye sistemy vodnogo hozjajstva promyshlennyh
predprijatij, kompleksov i rajonov M.: Strojizdat 1987
4. Volkov N.G. Uchet dolgosrochnyh investicij i istochnikov ih finansirovanija. M : Finansy i
statistika, 1994.