MODELE GOSPODARKI WODNO-ŚCIEKOWEJ W ZAKLADACH PRZEMYSLOWYCH.

Modele gospodarki wodno-ściekowej



przepływowy, tzw. otwarty



szeregowy;



obiegowy, tzw. zamknięty;



kombinowany (mieszany).

Każdy z modeli realizowany jest poprzez odpowiednie systemy wodno-ściekowe, mające na celu
zaopatrzenie zakładu w wodę i odprowadzenie powstających wód odpadowych i ścieków.

Systemy te mogą składad się z urządzeo do ujmowania i uzdatniania wody, przewodów
doprowadzających wodę do miejsca jej zapotrzebowania, układu przewodów odprowadzających
wody zużyte lub ścieki oraz urządzeo oczyszczających lub zmieniających właściwości ścieków
umożliwiających ich powtórne wykorzystanie.

Przy wyborze najbardziej odpowiedniego modelu gospodarki wodno-ściekowej w zakładzie należy
uwzględnid następujące kryteria:



charakterystyka produkcji zakładu w ujęciu poszczególnych działów produkcyjnych,
uwzględnieniem rodzajów procesów przemysłowych i wielkością produkcji;



zapotrzebowanie wody dla poszczególnych procesów, z uwzględnieniem ilości oraz
wymagao jakościowych;



możliwośd zaopatrzenia zakładu w wodę, z uwzględnieniem zasobów dyspozycyjnych,
jakości wody i wymaganego stopnia uzdatniania;



ilośd oraz charakterystyka wód odpadowych lub ścieków powstających w wyniku procesów
produkcyjnych;



możliwośd odprowadzania ścieków do odbiornika (woda, grunt lub sied kanalizacyjna) oraz
wymagany stopieo ich oczyszczenia;



wielkośd nakładów inwestycyjnych i kosztów eksploatacyjnych.

Podstawą do opracowania szczegółowego rozwiązania odpowiedniego systemu wodno-ściekowego
jest bilans wodny zakładu. W bilansie tym uwzględnia się wielkośd zapotrzebowania wody, straty
bezzwrotne wody oraz ilośd powstających ścieków we wszystkich procesach produkcyjnych

realizowanych w zakładzie. Opracowuje się go na podstawie obliczeo tabelarycznych i najczęściej
przedstawia w postaci graficznej, w formie strumieniowego wykresu Sankeya.

MODEL PRZEPŁYWOWY

W przepływowym systemie gospodarki wodno-ściekowej całe zapotrzebowanie zakładu na wodę
pokrywane jest ze źródeł pierwotnych (własne ujęcia powierzchniowe lub podziemne albo
zewnętrzna sied wodociągowa).

Woda jest częściowo lub całkowicie zużywana podczas procesów produkcyjnych (tzw. straty
bezzwrotne systemu), a pozostała częśd po wykorzystaniu odprowadzana jest do odbiornika w
postaci ścieków.

Uwzględniając powyższy opis tego modelu można stwierdzid, iż jego podstawową cechą jest
jednorazowe wykorzystanie doprowadzanej wody..

W układzie przepływowym wielkośd zapotrzebowania wody stanowi sumę zapotrzebowao przez
wszystkie procesy technologiczne:

Q

w

= Q

A

+ Q

B

+ Q

C

+ ........

Proces C

Proces A

Proces B

50

10

10

20

30

20

20

40

60

100 l/s (%)

Woda z ujęcia

Ścieki

Straty bezzwrotne

natomiast ilośd powstających ścieków odpowiada wielkości zużycia wody pomniejszonej o straty
bezzwrotne powstające na terenie zakładu:

Q

S

= Q

w

– q

A

– q

B

– q

C

- .........

W przypadku, gdy różne procesy technologiczne w zakładzie (działy) wymagają wody o bardzo
różnym ciśnieniu roboczym konieczne, jest doprowadzanie wody w układach ze strefowaniem
szeregowym lub równoległym.
Wzrost ciśnienia wody w sieci możemy uzyskad za pomocą pompowni lub hydroforni.

Powstające w poszczególnych procesach ścieki mogą dopływad do oczyszczalni kanalizacją
grawitacyjną (przepływają samoczynnie pod wpływem sił ciężkości przy zachowaniu wymaganego
spadku kanałów). Jeżeli taki przepływ jest niemożliwy (np. z powodu zbyt dużych zagłębieo
kolektorów lub występujących na trasie przeszkód) konieczne jest tłoczenie ścieków kolektorami
ciśnieniowymi, za pomocą przepompowni rozmieszczonych w układach szeregowych lub
równoległych.

Schemat modelu przepływowego z szeregowym strefowaniem wody

Schemat modelu przepływowego z równoległym strefowaniem wody

Schemat modelu przepływowego z lokalnymi stacjami uzdatniania wody i oczyszczalniami ścieków

Do podstawowych

zalet modelu przepływowego

należy:



bardzo prosty układ urządzeo i sieci, łatwy w eksploatacji;



niskie koszty eksploatacji, szczególnie w przypadku, gdy ujmowana woda nie wymaga
uzdatniania, a odprowadzane ścieki oczyszczenia;



możliwośd wykorzystania wód o naturalnych, niskich temperaturach (np. wody
powierzchniowe w okresie zimy).

Podstawowe

wady modelu

przepływowego:



jednokrotne wykorzystanie wody dla celów produkcyjnych, a tym samym wyższy stopieo
wodochłonności produkcji;



wysokie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne w przypadku konieczności uzdatniania
ujmowanej wody;



wysokie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne, przy konieczności oczyszczania
powstających ścieków;



wysokie koszty eksploatacyjne przy konieczności pompowania wody na dużą odległośd
lub na znaczną wysokośd (wyższa energochłonnośd produkcji);



duża wrażliwośd na sytuacje awaryjne ze względu na brak zapasu wody na terenie
zakładu.

MODEL SZEREGOWY

Model szeregowy gospodarki wodno-ściekowej polega na wielokrotnym wykorzystaniu wody przez
kolejnych odbiorców przed jej odprowadzeniem do odbiornika.

Kolejnośd zaopatrzenia w wodę poszczególnych działów produkcyjnych (procesów technologicznych)
uzależniona jest od następujących czynników:



wymagao dotyczących parametrów
fizyko-chemicznych i bakteriologicznych wody;



wielkości zapotrzebowania na wodę;

jakości wód zużytych (ścieków) po wykorzystaniu w danym procesie technologicznym.

Wielkośd zapotrzebowania wody ze źródeł pierwotnych uzależniona jest głównie od procesu
(procesów) o największym zapotrzebowaniu na wodę, powiększona o straty bezzwrotne w procesach
go poprzedzających.

Natomiast ilośd powstających ścieków odpowiada wielkości zużycia wody w procesie najbardziej
wodochłonnym, pomniejszonej o straty bezzwrotne powstające w trakcie tego procesu i procesów po
nim następujących.

System wodno-ściekowy zakładu uzależniony jest głównie od wielkości zapotrzebowania oraz
wymaganej jakości wody przez kolejnych odbiorców. Możemy wyróżnid wiele wariantów tego
systemu, np:



układy, w których czysta woda chłodząca odpływająca z jednego procesu może byd
wykorzystana do chłodzenia następnego;



układy, w których woda odpływająca z jednego procesu, pomimo wzrostu zanieczyszczeo,
może byd wykorzystana w kolejnym procesie;



układy, w których wody odpływające z jednego procesu wymagają częściowego
podczyszczenia przed wykorzystaniem w kolejnym procesie.

Proces A

10

20

Z

90

100 l/s (%)

Straty bezzwrotne

P

90

Proces B

10

80

Z

P

Proces C

80

60

60

Schemat modelu szeregowego z pośrednim chłodzeniem wody

Schemat modelu szeregowego z oczyszczalniami pośrednimi

Podstawowe

zalety szeregowego modelu

gospodarki wodno-ściekowej to:



znaczne zmniejszenie ilości wody pobieranej z ujęcia w porównaniu do modelu
otwartego, a tym samym zmniejszeniu kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych;



obniżenie kosztów eksploatacyjnych na pompowanie wody do kolejnych odbiorców;



większa elastycznośd układu umożliwiająca regulację ilości potrzebnej wody;



ograniczenie oddziaływania na środowisko naturalne.

Podstawowe zalety szeregowego modelu gospodarki wodno-ściekowej to:



znaczne zmniejszenie ilości wody pobieranej z ujęcia w porównaniu do modelu
otwartego, a tym samym zmniejszeniu kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych;



obniżenie kosztów eksploatacyjnych na pompowanie wody do kolejnych odbiorców;



większa elastycznośd układu umożliwiająca regulację ilości potrzebnej wody;



ograniczenie oddziaływania na środowisko naturalne.

MODEL OBIEGOWY

W zamkniętym (obiegowym) modelu gospodarki wodno-ściekowej do zaopatrzenia poszczególnych
procesów przemysłowych wykorzystywana jest ciągle ta sama woda.

Przed ponownym zastosowaniem zużyte wody (ścieki) poddawane są oczyszczaniu, które ma na celu
utrzymanie dopuszczalnego stężenia zanieczyszczeo i temperatury wody.

Proces C

Proces A

Proces B

50

10

10

30

20

20

40

70

100 l/s (%)

P

10

30

10

OŚ

5

Ch

5

65

60

40

W układzie tym ilośd wody dostarczanej z ujęcia odpowiada sumie strat bezzwrotnych powstających
w trakcie procesów przemysłowych oraz procesów uzdatniania wody i oczyszczania ścieków (w tym
także ich chłodzenia).

W systemach zamkniętych do odbiornika mogą byd odprowadzane ścieki w ilościach wynikających
jedynie z konieczności odświeżania wody w obiegu.

Straty bezzwrotne w zamkniętym obiegu wody obejmują:



straty wody podczas procesów produkcyjnych;



straty związane z chłodzeniem wody (na parowanie, rozbryzgiwanie i unoszenie przez wiatr);



straty powstające podczas uzdatniania wody;



ubytek wody podczas oczyszczania ścieków;



straty wody na nieszczelnościach sieci wodociągowej i kanalizacyjnej;



straty związane z koniecznością odświeżania wody w obiegu (np. w celu zapewnienia
wymaganego poziomu zasolenia wody).

Woda znajdująca się w obiegu zamkniętym może byd wykorzystywana do różnych procesów
technologicznych, w trakcie których ulega ogrzaniu, zanieczyszczeniu lub zanieczyszczeniu i ogrzaniu.
W związku z powyższym możemy wyróżnid:



układy, w których jedynie podnosi się temperatura wody obiegowej;



układy, w których stężenie zanieczyszczeo w wodzie obiegowej wzrasta w wyniku jej
wykorzystania w procesie produkcyjnym;



układy, w których woda chłodząca w wyniku kontaktu z zanieczyszczeniami podczas
procesu produkcyjnego ulega nie tylko ogrzaniu, ale także zanieczyszczeniu.

Do głównych

zalet modelu zamkniętego

należy zaliczyd:



możliwośd zastosowania w przypadku małych zasobów dyspozycyjnych wody w
środowisku;



niewielki wpływ lub całkowity brak negatywnego oddziaływania zakładu na odbiornik
ścieków;



niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne ujęcia, stacji uzdatniania i instalacji przesyłu
czystej wody;



niskie wymagania odnoście niezawodności układu dostarczającego wodę czystą z ujęcia.

Natomiast

podstawowe wady modelu

zamkniętego to:



wysokie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne instalacji wodno-kanalizacyjnej,
obejmującej zbiorniki pośrednie wody ciepłej i ochłodzonej, chłodnie, oczyszczalnie
wody obiegowej;



stosunkowo wysoka emisja do atmosfery wody w urządzeniach chłodzących

Podstawowym kryterium wyboru tego modelu gospodarki wodno-ściekowej jest ochrona środowiska
naturalnego w odniesieniu do ograniczenia zużycia zasobów wodnych
i obniżenia emisji ścieków do odbiornika.

Każdorazowo należy ocenid poziom kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych (głównie zużycie
energii elektrycznej) związanych z realizacją obiegu zamkniętego, a także wpływ produktów
ubocznych powstających w trakcie oczyszczania wody obiegowej.

MODEL KOMBINOWANY

Model kombinowany (mieszany) gospodarki wodno-ściekowej w zakładzie polega na jednoczesnym
zastosowaniu dla różnych grup procesów technologicznych jednego z wcześniej omówionych
systemów gospodarki wodno-ściekowej.

W zakładach takich występują jednocześnie obiegi otwarte i zamknięte, często połączone w układach
szeregowych.

Przy zastosowaniu tego modelu istnieje możliwośd wykorzystania zalet poszczególnych metod przy
jednoczesnym maksymalnym ograniczeniu wpływu ich wad. Metoda ta jest najczęściej stosowana w
dużych zakładach przemysłowych.

Schemat modelu kombinowanego przepływowo-nieprzepływo-szeregowego