Водоснабжение промышленных предприятий

А. Г. Первов 
ВОДОСНАБЖЕНИЕ  
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 
Учебник 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022 
1 

УДК 628.1 
ББК 38.761.1 
П26 
Рецензенты: 
доктор физико-математических наук, профессор кафедры ТЭС, руководитель 
направления «Технологии воды и топлива на ТЭС и АЭС»  
ФГБОУ ВО НИУ МЭИ А. А. Пантелеев; 
доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией глубокой 
очистки воды ОАО НИИ ВОДГЕО А. Д. Смирнов 
Первов, А. Г. 
П26 
Водоснабжение промышленных предприятий : учебник / А. Г. Первов. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. – 440 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0979-7 
Представлены сведения по потреблению воды различными промышленными предприятиями. Описаны системы водоснабжения, представлены требования к качеству воды, предъявляемые различными потребителями. Освещены 
проблемы, связанные с улучшением качества воды, ее опреснением, обессоливанием, умягчением, очисткой от взвешенных веществ и железа, а также со 
стабилизационной обработкой при использовании для целей водоподготовки и 
оборотного водоснабжения. Изложены новые для современной водоподготовки 
мембранные методы: ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос, 
электродиализ, электродеионизация. Представлены основные типы оборудования водоподготовки и их характеристики, а также методы расчета сооружений 
и примеры проектных решений. В приложениях даны примеры расчетов всех 
видов оборудования, входящего в наиболее широко применяемые технологические схемы осветления, умягчения и обессоливания воды, а также обработки 
стоков и концентратов. 
Для студентов, обучающихся по направлению 08.03.01 «Строительство», 
профиль «Водоснабжение и водоотведение». 
УДК 628.1 
ББК 38.761.1 
ISBN 978-5-9729-0979-7 
” Первов А. Г., 2022 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
2 

 
ПОСВЯЩЕНИЕ 
 
Эту книгу автор посвящает своему отцу. 
Первов Герман Григорьевич (1929–1999). С 1957 по 
1991 гг. работал в НИИ ВОДГЕО, заведующий лабораторией опреснения. Лауреат Премии Правительства РФ. 
Его работы легли в основу создания принципов расчета 
электродиализных опреснительных установок и обработки воды на биполярных мембранах, расчетов карбонатных 
и сульфатных равновесий в соленых водах и рассолах 
опреснительных станций.  
При непосредственном участии Г. Г. Первова разработаны, построены и 
запущены в эксплуатацию крупные электродиализные станции на стратегических объектах Министерства обороны как в нашей стране (система водоподготовки охлаждения тиристорных преобразователей ракетного комплекса в 
г. Балхаш), так и за рубежом (военно-морская база г. Бербера, Сомали и центра ядерных технологий г. Тажура, Ливия). Наиболее известные работы: 
«Временные указания по расчету, проектированию и изготовлению электродиализных (электрохимических) опреснительных установок». Изд-во ВНИИ 
ВОДГЕО. М. 1970. – 86 с. Пособие к СНИП 2.04.02–84 по проектированию 
установок опреснения воды. Москва, 1988 г. г/б 6-85-8-12-86. Отчет НИИ 
ВОДГЕО, инв. № 9734. 
 
 
 
Г. Г. Первов за сборкой электродиализного аппарата  
ВНИИ ВОДГЕО, 1965 г. 
 
3 

 
 
 
Профессор Апельцин И. Э., Первов Г. Г., профессор Клячко В. А.  
на научно-техническом совете ВНИИ ВОДГЕО представляют  
разработанную электродиализную технологию и подготовленные  
рекомендации по проектированию электродиализных установок 
 
 
 
 
Герман Григорьевич Первов перед электродиализным  
испытательным стендом 
 
4 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Предисловие  
.............................................................................................................. 9 
Введение ................................................................................................................... 12 
РАЗДЕЛ 1. СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ 
ПРЕДПРИЯТИЙ 
...................................................................................................... 15 
ГЛАВА 1. Потребление воды на промышленных предприятиях. 
Системы производственного водоснабжения ...................................................... 15 
ГЛАВА 2. Основные водопотребители на предприятиях различных 
отраслей промышленности 
..................................................................................... 20 
2.1. Водопотребление в теплоэнергетике ........................................................... 20 
2.2. Водоснабжение в черной металлургии ........................................................ 24 
2.3. Водоснабжение предприятий цветной металлургии .................................. 25 
2.4. Техническое водоснабжение нефтеперерабатывающих заводов 
.............. 26 
2.5. Техническое водоснабжение предприятий пищевой 
промышленности 
................................................................................................... 27 
2.6. Потребление воды в текстильной промышленности ................................. 28 
ГЛАВА 3. Требования к качеству воды, предъявляемые 
различными потребителями. Выбор метода водоподготовки ............................ 29 
РАЗДЕЛ 2. УМЯГЧЕНИЕ И ОБЕССОЛИВАНИЕ ВОДЫ ................................. 41 
ГЛАВА 4. Умягчение, опреснение и обессоливание воды 
................................. 41 
4.1. Теоретические основы умягчения воды, классификация методов ........... 41 
4.2. Опреснение воды, обессоливание воды, классификация методов 
и технологий опреснения ..................................................................................... 43 
4.3. Мембранные методы умягчения, опреснения и обессоливания 
воды. Классификация мембранных методов. 
Баромембранные и электромембранные методы 
............................................... 47 
ГЛАВА 5. Метод ионного обмена ......................................................................... 50 
5.1. Основные закономерности процесса ионного обмена ............................... 57 
5.2. Регенерация ионитовых фильтров 
................................................................ 62 
5.3. Схемы установок ионообменного умягчения воды 
.................................... 68 
5.4. Оборудование ионообменных установок .................................................... 74 
5.5. Технологические расчеты ионообменных фильтров в различных 
схемах умягчения воды 
......................................................................................... 81 
5.6. Ионообменные методы опреснения и обессоливание воды ...................... 90 
5.6.1. Теоретические основы. Аниониты .......................................................... 90 
5.6.2. Технологические схемы и оборудование для обессоливания 
воды методом ионного обмена .......................................................................... 95 
5.6.3. Технологические расчеты ионообменных установок для 
обессоливания воды .......................................................................................... 104 
5.6.4. Технологические схемы опреснения воды методом ионного 
обмена 
................................................................................................................. 108 
5.6.5. Выбор технологической схемы и показателей качества 
очищенной воды .................................................................................................... 111 
5 

 
ГЛАВА 6. Мембранный метод обратного осмоса ............................................. 118 
6.1. Теоретические основы процесса 
................................................................. 118 
6.2. Основные параметры процесса обратного осмоса ................................... 121 
6.3. Мембраны для обратного осмоса ............................................................... 122 
6.4. Типы мембранных аппаратов и их конструкций ...................................... 123 
6.5. Разработка технологических схем предварительной обработки  
воды перед обратноосмотическими установками ........................................... 128 
6.6. Конструирование установок обратного осмоса ........................................ 138 
6.7. Технологические расчеты мембранных систем ........................................ 147 
6.8. Современные технологические схемы мембранных установок 
.............. 149 
ГЛАВА 7. Метод электродиализа и электродеионизации ................................ 152 
7.1. Теоретические основы мембранного переноса. Параметры 
процесса 
................................................................................................................ 152 
7.2. Мембраны для электродиализа 
................................................................... 156 
7.3. Устройство электродиализных аппаратов ................................................. 158 
7.4. Схемы электродиализных опреснительных установок 
............................ 163 
7.5. Расчет электродиализных опреснительных установок ............................ 165 
7.6. Электродеионизация .................................................................................... 171 
7.7. Электродиализ на биполярных мембранах ............................................... 178 
ГЛАВА 8. Метод дистилляции ............................................................................ 180 
8.1. Теоретические основы опреснения воды методом дистилляции 
............ 180 
8.2. Классификация, принципы работы и схемы опреснительных  
дистилляционных установок 
.............................................................................. 181 
8.3. Накипеобразование в испарителях. Методы предотвращения  
накипеобразования 
.............................................................................................. 193  
8.4. Общие принципы теплового расчета испарителей 
................................... 201 
8.5. Последовательность расчета многоступенчатых  
дистилляционных установок 
.............................................................................. 205 
8.6. Кондиционирование воды, полученной на дистилляционных  
установках ............................................................................................................ 210 
 
РАЗДЕЛ 3. ДРУГИЕ МЕТОДЫ ВОДОПОДГОТОВКИ ................................... 211 
ГЛАВА 9. Методы предочистки .......................................................................... 211 
9.1. Необходимость предочистки ...................................................................... 211 
9.2. Метод коагуляции с последующим фильтрованием ................................ 212 
9.3. Метод коагуляции с известкованием ......................................................... 220 
9.4. Метод ультрафильтрации ............................................................................ 222 
9.5. Конструирование и расчет мембранных установок  
ультрафильтрации ............................................................................................... 230 
ГЛАВА 10. Удаление из воды кремниевой кислоты 
......................................... 237 
ГЛАВА 11. Удаление из воды растворенных газов  
(углекислоты, кислорода, сероводорода)............................................................ 241 
ГЛАВА 12. Основные технологии для водоподготовки  
в различных отраслях промышленности ............................................................ 253 
 
6 

РАЗДЕЛ 4. ОХЛАЖДЕНИЕ ВОДЫ. ОБРАБОТКА ОХЛАЖДАЮЩЕЙ 
ВОДЫ ..................................................................................................................... 258 
ГЛАВА 13. Охлаждение воды 
.............................................................................. 258 
13.1. Процессы охлаждения оборотной воды в охладителях ......................... 258 
13.2. Водохранилища-охладители ..................................................................... 261 
13.3. Брызгальные бассейны .............................................................................. 269 
13.4. Градирни ..................................................................................................... 273 
13.5. Системы и схемы охлаждения и влияние на окружающую среду 
........ 292 
ГЛАВА 14. Подготовка охлаждающей и оборотной воды ............................... 296 
14.1. Стабильность воды по карбонату кальция. Углекислотные 
равновесия 
............................................................................................................ 296 
14.2. Индексы стабильности (Ланжелье, Ризнера и Сноинка-Джексона) 
..... 297 
14.3. Стабилизационная обработка воды (ингибирование,  
подкисление, подщелачивание, контактная стабилизация, магнитная 
и ультразвуковая обработка ............................................................................... 301 
14.4. Классификация методов обработки охлаждающей воды ...................... 306 
14.5. Подкисление оборотной воды 
................................................................... 306 
14.6. Обработка оборотной воды дымовыми газами 
(рекарбонизация) ................................................................................................. 309 
14.7. Обработка оборотной воды полифосфатами (ингибирование 
или фосфатирование) .......................................................................................... 312 
14.8. Умягчение оборотной воды ...................................................................... 314 
РАЗДЕЛ 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДООЧИСТНЫХ 
КОМПЛЕКСОВ ..................................................................................................... 316 
ГЛАВА 15. Принципы проектирования станций водоподготовки. 
Примеры компоновочных решений станций водоподготовки 
......................... 316 
15.1. Принципы компоновки водоочистных комплексов ............................... 316 
15.2. Станции умягчения воды 
........................................................................... 319 
15.3. Станции водоподготовки для котлов ....................................................... 325 
15.4. Станции стабилизационной обработки 
.................................................... 326 
ГЛАВА 16. Технико-экономическое обоснование вариантов 
технологий водоподготовки 
................................................................................. 329 
Вопросы для самоконтроля .................................................................................. 337 
Заключение 
............................................................................................................. 340 
Литература ............................................................................................................. 342 
ПРИМЕР 1. Расчет системы очистки воды с применением коридорных 
осветлителей ВНИИ ВОДГЕО 
............................................................................. 344 
ПРИМЕР 2. Расчет схемы очистки воды с использованием осветлителя 
марки ЦНИИ-2 
....................................................................................................... 359 
ПРИМЕР 3. Расчет схемы очистки воды с применением осветлителей 
ВТИ с известкованием .......................................................................................... 361 
7 

ПРИМЕР 4. Расчет установки ультрафильтрации для предочистки 
воды перед установкой обратного осмоса 
.......................................................... 370 
ПРИМЕР 5. Расчет установки натрий-катионирования 
.................................... 375 
ПРИМЕР 6. Расчет двухступенчатой установки натрий-катионирования ..... 380 
ПРИМЕР 7. Расчет схемы H-Na-катионирования 
.............................................. 385 
ПРИМЕР 8. Расчет установки частичного обессоливания ............................... 395 
ПРИМЕР 9. Расчет ионообменной установки глубокого 
обессоливания 
........................................................................................................ 401 
ПРИМЕР 10. Расчет установки обессоливания методом обратного 
осмоса ..................................................................................................................... 406 
ПРИМЕР 11. Технологический расчет прямоточной электродиализной 
установки обессоливания ..................................................................................... 410 
ПРИМЕР 12. Расчет выпарной установки для утилизации концентрата 
установки обратного осмоса ................................................................................ 422 
ПРИМЕР 13. Упрощенный расчет адиабатной опреснительной 
установки 
................................................................................................................ 433 
8 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
Настоящая книга является учебником по курсу «Водоснабжение промышленных предприятий», а также может быть использована в качестве учебного пособия для курса «Технологии очистки природных вод». Она будет также 
полезна при дипломном и курсовом проектировании. 
Курс «Водоснабжение промышленных предприятий» представляет собой 
часть общего курса «Водоснабжение». Этот курс был основан в 70-х годах в 
МГСУ профессором И. В. Прозоровым. Основное внимание в этом курсе было 
уделено проблемам оборотного водоснабжения и охлаждения. Вопросы охлаждения воды и системы промышленного водоснабжения очень подробно описаны в учебнике А. Ф. Шабалина «Оборотное водоснабжение промышленных 
предприятий». 
На промышленных предприятиях в технологических целях часто используется вода очень высокого качества, для подготовки которой требуются специальные методы, позволяющие удалять из воды растворенные соли, газы, органические соединения и др. загрязнения. Для подготовки специалистов в области 
очистки воды для промышленного использования долгое время использовались 
учебники, написанные Н. Н. Абрамовым «Водоснабжение», М. А. Cомовым и 
Г. И. Николадзе «Водоснабжение». 
Основными «настольными» книгами специалистов по очистке воды на 
протяжении долгих лет являются ставшие классическими книги выдающихся 
специалистов В. А. Клячко и И. Э. Апельцина «Очистка природных вод», 
А. А. Кастальского и Д. М. Минца «Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения», В. Ф. Кожинова «Очистка питьевой и технической 
воды», которые всегда рекомендовались в качестве учебных пособий. 
Проблема подготовки воды для технологических целей и для целей оборотного водоснабжения за последнее время претерпела серьезные изменения. 
В современной водоочистной практике появились новые технологии, новые виды оборудования и реагенты, требующие соответствующей подготовки при их 
использовании (например, системы ионного обмена, мембранные установки 
ультрафильтрации и обратного осмоса, системы электродеионизации и др.). 
Выпускники строительного университета, молодые специалисты, начинающие 
работать в проектных и наладочных организациях, испытывают недостаток информации по размещению, компоновке, пуско-наладке и обслуживанию различных новых типов оборудования, в основном зарубежного производства, используя, как правило, проспекты и регламенты зарубежных фирм-производителей. 
Несмотря на то, что программы по обучению постоянно совершенствуются и в них (а также в лекционный материал) включены описания основных 
современных методов очистки, учащимся не хватает учебно-методической литературы при самоподготовке. Поэтому в настоящем учебнике автор ставил себе целью представить новые процессы и оборудование так же глубоко и по9 

дробно, как и классические технологии. Для этого описание каждого водоочистного процесса содержит его научные основы, описание аппаратов и оборудования, применяемых технологических схем, методик расчета сооружений, 
определения расходов реагентов. Большое внимание уделено описанию мембранных технологий, наиболее широко применяемых в настоящее время в промышленной водоподготовке. Современный специалист по водоснабжению и 
очистке воды должен хорошо знать все существующие на рынке водоочистки 
методы, представлять себе их достоинства и недостатки, области применения, 
структуру формирования эксплуатационных затрат. Настоящий учебник содержит необходимую информацию для подбора и разработки технологии, проектирования, технико-экономического обоснования и подбора технологического оборудования для подготовки воды, используемой в различных видах производств. Учебник содержит примеры составления технологических схем, проведения технологических расчетов, разработки компоновочных чертежей и технико-экономического сравнения различных вариантов при курсовом и дипломном проектировании. 
Основные теоретические положения, которые легли в основу современных технологий очистки воды (ее осветления, умягчения, обессоливания, обеззараживания и т. д.), были разработаны в 1950–1960-х гг. Большой вклад в разработку теоретических основ процессов очистки воды, разработку технологий и 
методов расчета сооружений внесли выдающиеся отечественные специалисты: 
С. Х. Азерьер, Е. Н. Тетеркин, В. Т. Турчинович, В. А. Клячко, И. Э. Апельцин, 
А. А. Кастальский, Д. М. Минц, Е. Ф. Кургаев, С. А. Шуберт, А. И. Егоров, 
Р. И. Аюкаев, С. Н. Линевич, А. Н. Фоминых, В. В. Найденко, В. А. Гладков, 
Г. И. Николадзе, М. Г. Журба и др. 
В учебнике использованы разработки таких крупнейших производственных, проектных и научных организаций, как ММП «Мосводоканал», ООО 
«Союзводоканалпроект», НИИ ВОДГЕО, АО «МосводоканалНИИпроект», 
«Гипрокоммунводоканал, АО ПО «Совинтервод», НИИ КВОВ, Теплоэлектропроект (ТЭП), ВТИ, ВНИИАМ, а также зарубежный опыт. 
В изложении материала глав учебника при описании процессов осветления использованы работы В. А. Клячко, И. Э. Апельцина, В. В. Ашанина (НИИ 
ВОДГЕО), В. Г. Корабельникова (НИИ КВОВ), фильтрации – Д. М. Минца 
(НИИ КВОВ), дегазации – А. А. Кастальского (МГСУ). 
При описании методов опреснения и обессоливания использованы работы В. А. Клячко, И. Э. Апельцина, Г. Г. Первова, Л. Д. Ушакова (НИИ ВОДГЕО) – в области электродиализа, Ф. Н. Карелина (НИИ ВОДГЕО), Ю. И. Дытнерского (РХТУ им. Менделеева) – обратного осмоса, ультрафильтрации, 
нанофильтрации. 
При описании технологий дистилляционного опреснения, а также технологий предотвращения накипеобразования и расчетов карбонатных и сульфатных равновесий в дистилляционных и других опреснительных установках использованы работы И. Э. Апельцина, А. А. Говерта, Г. Г. Жабина (НИИ ВОДГЕО). Описание вопросов стабилизационной обработки воды и методов обра10