Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Экотехнологии станций водоподготовок энергетических установок

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Экотехнологии станций водоподготовок энергетических установок"

гО^к

--' Л

г'

на правах рукописи

Земченко Галина Николаевна

Экотехнолопга станций водоподтотовок энергетических установок

11.00.11. - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов (технические науки)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Росгов-на-Дону, 1997

Работа выполнена в Новочеркасском государственном техническом университете (НГТУ).

Научный руководитель: кандидат технических наук

профессор Рождов И.Н.

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

кандидат химических наук, доцент Суржко О.А.

доктор технических наук, профессор Е.Е.Новгородский

доктор технических наук, профессор А.Я.Найманов

Ведущая организация: Комитет по охране окружающей

среды, г. Новочеркасск

Защита диссертации состоится декабря 1597г.

в часов на заседании диссертационного совета К.063.64.04 при Ростовском государственном строительном университете по адресу: 346022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГСУ.

Автореферат разослан- "-¿С" ноября 1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета

СЛ. Пушенко

Общая характеристика работы

Актуальность темыХДля обеспечения устойчивого развития страны в условиях возрастающего антропогенного воздействия на окружающую среду приобретают все большую значимость рациональные методы природопользования, необходимость экономии материальных н сырьевых ресурсов,] в том числе и в котельных коммунального и промышленного водоснабжения, а также уменьшения вредного влияния их на экосистему в целом. Одна из острейших проблем состоит в том, что водоподготовительные установки котельных потребляют большое количество химических продуктов и являются основными источниками сброса высокоминерализованных жидких отходов (сточных вод) в окружающие водоемы.

Поэтому весьма актуальным является уменьшение вредного воздействия на окружающую природную среду солевых сбросов от химводоочисток, что может быть достигнуто регулированием их на стадии образования, т.е. путем существенной модернизации имеющихся технологических схем и разработки эколого-экономичесхих методов расчета материальных и энергетических потоков с учетом максимального использования отработанных регенерацион-лых растворов и продувочных вод паровых котлов. Но существующие в процессах водообработки методы расчета, применяемые при проектировании сооружений предварительной очистки воды, определяющей техническую, экономическую и экологическую эффективность всей технологической схемы химводоочистки, ориентированы, в основном, на качественные показатели очищенных вод и требуют поэтому комплексного подхода с целью учета различных факторов, позволяющих сократить потребление материалов и уменьшить количество жидких отходов..

Диссертационная работа выполнена в соответствии с плановой госбюджетной работой НИР НГТУ по теме П-53-694 " Разработка и внедрение интенсивных технологий процессов обработки вод коммунальных и промышленных объектов ", а также в соответствии с заявками крупнейших промышленных и проектных предприятий, территориальных комитетов по охране природы.

Целью диссертационной работы является создание высокоэкологичной схемы химводоочистки на основе усовершенствования методики расчета процесса реагентного умягчения воды с повторным использованием сточных вод

от станций водоподготовок.

Для достижения указанной целетоставлены следующие задачи:

1. Всесторонне проанализировать существующие материальные потоки при реагентном умягчении воды, определяющие техническую, экономическую и экологическую эффективность всей технологической схемы химводоочист-ки.

2. Разработать на основе полученных решений эколого-экономического анализа компьютерную методику расчета, которая позволит в каждом конкретном случае принять оптимальный вариант по технологическим, экономическим и экологическим показателям

3. Оценить возможность и определить границы применения экологически эффективных алюминийсодсржащих коагулянтов (ЫаАЮг и АЬ^О^з) при умягчении воды.

4. Разработать методы улучшения режимов работы осветлителей и механических фильтров с целью уменьшения жидких отходов.

5. Разработать рациональный вариант схемы повторного использования отработанных регенерационных растворов и дать методику ее расчета.

Научная новизна работы. Впервые разработаны: методика расчета технологической схемы химводоочистки с уменьшением солевых сбросов. Универсальная методика расчета процесса реагентного умягчения с применением различных реагентов в широком диапазоне состава исходных вод с учетом факта соосаждения сульфата кальция и карбоната магния, позволяющая сократить расход реагентов, уменьшить количество сбрасываемых солей. Изучена и обоснована возможность и условия применения алюминийсодержащих реагентов в процессах известкования воды. Впервые определены количественные соотношения в системе А1 - , исключающие содержание остаточного алюминия, снижающие класс опасности жидких отходов. Исследована возможность применения двуокиси углерода для стабилизации карбонатного состава умягченной воды.

Практическая значимость работы. Разработанная методика расчета реагентного умягчения позволяет обосновать и принять наиболее технически, экономически и экологически эффективные решения при проектировании сооружений предочиетки. Разработанные компьютерные программы облегчают рассмотрение многочисленных вариантов при проектировании. Определены условия эффективного применения алюминийсодержащих коагулянтов в

процессах эксплуатации сооружений предочистки. Результаты работы позволяют обоснованно принять решения по модернизации технологических схем химводо о чистки крупных котельных с цепью уменьшения расхода реагентов и снижения солевых сбросов.

Реализация работы. Результаты работы внедрены: в проект реконструкции химводоочистки котельной площадки №3 П.О. Ростсельмаш, в проект реконструкции станции предочистки Шахтииской ТЭЦ им. Артема, а также использованы при ее эксплуатации, при проектировании институтом РОТЭП водоподготовительной установки Березовской ГРЭС и при обосновании инвестиций строительства ТЭС ПО "Ростовутоль".

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на:

- научно-технических конференциях РГАС / г. Ростов-на-Дону, 1990, 1994, ! 997 гг./НГТУ/г. Новочеркасск, 1992- 1997г;

- международной студенческой научно-технической конференции " Экология и регион " в Ростовской государственной экономической академии / г. Ростов-на-Дону, 1996 г. 1

На защиту выкосятся следующиетюложения:

- эколого-экономическое обоснование методики расчета процессов реа-гентного метода умягчения воды с учетом применения различных доз щеточных реагентов и соосаждения карбоната магния и сульфата кальция;

- обоснование условий применения алюминийсодержащих коагулянтов, позволяющих снизить содержание органических примесей и улучшить удаление кремнекислоты, что приведет- к снижению концентрации жидких отходов;

- методика расчета схемы малоотходной и экономичной химводоочистки, подающей питательную воду на теплосеть, горячее водоснабжение и паровые котлы с повторным использованием части отработанных регенераци-ошшх растворов, продувочных вод паровых котлов с применением концентраторов растворов и с высаживанием, кроме карбоната кальция и гидроксида магния, также сульфата кальция;

- технические предложения по реконструкции схемы обработки воды в осветлителях с известкованием с целью уменьшения сброса сточных вод в условиях меняющейся нагрузки.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, включающего 105 наименований, и

шести приложений. Содержание работы изложено на 168 страницах, включает 28 рисунков, 34 таблицы.

Основное содержание работы.

Во введении характеризуемся состояние станций водоподготовок ТЭЦ и дано эколого-экоиомическое обоснование актуальности диссертационной работы. Определены цели и задачи исследования избранной проблемы.

В-переой главе рассматриваются влияние технологии реагентной обработай воды на экологические показатели станций химводоочистки и теоретические основы процесса реагентного умягчения воды. Отмечено, что совершенствование технологии реагентного умягчения ведет к сокращению сточных вод станций водоподготовок. Анализ литературных источников и изучение работы станций прсдочисток показали, что водоподготовитепьные установки энергетических и коммунальных предприятий являются источниками большого количества твердых и жидких отходов. На рис. 1 приведена балансовая схема материальных потоков поступления и сброса солей при различных методах умягчения воды. Расчеты даны для воды расходом <3=45000 м3/сут и составом в мг-экв/л: Са2+= 4,0; 3,0; общая щелочность 1Цо= 3,0,

общее солесодержание 0,5 кг/м3. Как следует из приведенных данных, наиболее малоотходной является предлагаемая нами технология (схема 5), которая дает уменьшение сброса солей по сравнению с обычно применяемой (схема 1 и схема 2) в 7,3 и 4,6 раза соответственно.

Самым распространенным и эффективным методом умягчения воды является известкование с применением коагулянтов в осветлителях со взвешенным слоем осадка и последующим натрий-катионированием. В качестве коагулянта обычно берется сернокислое железо (II). Несмотря на то, что в зарубежной практике широко используются алюминийсодержащие коагулянты, они не нашли применения в процессах умягчения воды в нашей стране.

Одним из основных недостатков реагентного метода умягчения воды является тот факт, что вода после известкового и известково-содового умягчения содержит некоторый избыток карбоната кальция и способна образовывать карбонатные отложения, увеличивать объем сточных вод. Для приведения умягченной воды в состояние равновесия с карбонатом кальция, необходимо применять стабилизационную обработку воды, которая обычно не про-Бод,ггсп па м о доумягчитеяьных станциях нашей страны. В зарубежной литературе отражен опыт станций водоподготовки США, применяющих извест-

1!

МаС1=40,5 т/сут

Ыа-кагионированиё|

твердые отходы, т/сут: Са2+= 4,5; СОз2' = 6,75; Е =11,25.

С1= 15,82; 2 = 24,38.

< СаО=6,Зт/сут На 2С0з=8,35 т/сут * |ЫаС1 = 5,79 т/сут

III—»- Содо-известковаиие - —N а-катионирование -

твердые отходы, т/сут: Са2+= 7,65;

СО з2= 11,48; ОН - 1,92; Е=22Л

♦

жидкие отходы, т/сут: Са^=0,45; Мг2+= 0,27; 1,24; 01-3,52; 2 = 5,48.

1У

твердые отходы,т/сут: Са2+= 2,57; Ма2+=1,17 СО з2+= 3,86 ОН =1,66 Г = 9,26

СаО=3,15 т/сут

Известкование

жидаие отходы, т/сут

Са2+= 1.03; Мя2<"=0.45; N3+= 1,43

С1 = 5,32 1 = 8,23

I МаС1 = 4,84 т/сут

Ыа-катионирование

Реактор

Паровые котлы

Пар

твердые отходы, т/сут:

I жидкие отходы, т/сут: ЫаОН+ СОг =5,0 т/стт Са2+= 5,19 Ме2+=1,33 Са2*=0,67; Мй2+=0,29;

СО»2-=5.54 ОН =1,88 Ыа*= 0,92; 3,43;

2 = 13,94 £=5,31

Рис. 1. Поступление и сброс солей при различных методах умягчения воды.

кование дня умягчения воды и оборудованных системами рекарбонизации с использованием двуокиси углерода.

При известковом или известково-содовом методе большое значение имеет расчет доз реагентов; их вьйор и точная дозировка значительно влияют на эффект умягчения воды и, в конечном счегге, на состав и количество образующихся сточных вод от водоподготовитеяьных установок.

В зависимости от исходного состава умягчаемой воды, существующими инструктивными материалами рекомендуются различные формулы для вычисления необходимых доз извести к соды. Эти формулы разработаны с учетом простейшего механизма прохождения реакций умягчения и не учитывают многих факторов, которые потребовали бы значительного усложнения расчетных зависимостей. В настоящее время возможность применения вычислительной техники позволяет рассматривать расчет процесса реагентного умягчения воды с учетом вссх исходных факторов для достижения необходимых результатов.

Предварительная очистка воды методами известкования, коагуляции и фильтрования определяет техническую, экономическую и экологическую эффективность всей технологической схемы химводоочистки, поэтому важное значение приобретает совершенствование метода расчета реагентного умягчения воды с целью сокращения расхода реагентов и сброса высокоминерализованных жидких отходов.

Вторая глава содержит выводы расчетных зависимостей процесса известкования на основании экспериментальных исследований. Подавляющее количество экспериментальных результатов указывает на факт соосаждения вместе с карбонатом кальция катионов магния и анионов сульфатов. Причем, осаждение магния из воды начиналось при значениях рН 8,5 - 9,0 и росло с увеличением гидроксидов в умягченной воде (рис.2).

Определение содержания сульфатов в исходной, умягченной воде и в образующемся осадке привело к выводу, что несмотря на общепринятую точку зрения о невозможности удаления некарбонатной жесткости при известковании воды, происходит частичное со осаждение сульфатов одновременно с выпадающими в осадок карбонатами и гидроксидами.

Для выявления закономерностей, позволяющих оценить количество содержащихся в осадке М^СОз и Са804 , исходили из того, что СаСОз и М{*СОз, а также СаСОз и Са804 являются изоморфными соединениями к, следовательно, их совместное соосаждение подчиняется правилу Хлопика.

Рис. 2. Зависимость выпавших в осадок соединений магния от рН. Концентрация ионов магния в исходной воде в мг-экв/л: • - Мв2+=6,0; а -Мс2ч=2,4-3,0 Обозначив отношение мольных концентраций кальция и магния в твердой фазе к отношению этих же компонентов в растворе как ас, а для сульфатов и карбонатов как у, получили:

а = №£]/[Са?] = _а_

С [М8Г]/([СаГ] + [Са2;]) [МеП/([СаГ+[Са?; й '

= рор/^ор =_Р_

где индекс "о" соответствует концентрации в растворе.

Здесь и далее в системе уравнений (4-15) приняты следующие обозначения:

, М§од- концентрация той части магния, которая выпадает в осадок в виде М{£СОз и М§(ОН)г соответственно, моль/л;

Са£, Са£+- концентрация той части кальция, которая выпадает в осадок в виде СаСОз и Са804 соответственно, моль/л;

Са^ - концентрация кальция, вводимого вместе с известью, моль/л; 80^ - концентрация той части сульфатов, которые выпадают в осадок в виде Са£04, моль/л;

СОзс,, СО^ - концентрация той части карбонатов, которые выпадают в осадок в виде СаСОз и МрСОз, соответственно, моль/л; БО^ - концентрация сульфатов, вводимых вместе с коагулянтом,моль/л; 2Со - молярная сумма соединений угольной кислоты в исходной воде, моль/л;

^он. N3^- концентрация натрия, вводимого вместе с гидроксидом натрия, карбонатом натрия соответственно, моль/л;

СО}С - концентрация карбонатов, вводимых вместе с содой, моль/л.

Из условий необходимости соблюдения материального баланса по специально разработанной нами программе на персональном компьютере был проведен расчет содержания компонентов твердого осадка и коэффициентов ас и у . Полученные соответствующие значения коэффициентов подчиняются нормальному закону распределения и имеют значения: ас=0.246 + 0.07, у= 0.168 ± 0.088. Ввод коэффициентов а я у в методику расчета состава умягченной воды приводит к системе уравнений:

[СаП+[СаП = [Саг+]+[Са£]+ [Са*], (4)

[2С0]+[СО£] =[НС03] +{СОН +1СО^]+1СО^] , (5)

[МЕП = №1+] + [Мё2+ ] + СМБои], (6)

(7)

[СО^] = а-[СО^], (9)

—Ь»-, т

([ОН']) -^А '{ж

если (Мег+ ] > [М§Г ] - [М8£ ], то [М32+ ] = [М^ ] , (11)

=[Са2+]-[СО^] , (12)

——=[н+]-[он'], (13)

1н' Ма К, [Н+] -[НСОэ]

1 "и" ЬА [С02]

К2-Г,Л=[НП[С0Г1

Ги-** [НСОз] '

где индекс "О" соответствует концентрации в исходной воде, без индекса - в умягченной.

Для оценки соответствия значений, рассчитанных по формулам ( 4 - 15 ) и полученных из экспериментов, применялся критерий у}. Поскольку вычисленные значения х~ ДОЯ кальция и магния в умягченной воде меньше табличного (Хст ~ 2.17 < 43.8 и Хщ - 0-37 < 43.8 ), то система уравнений (4-15) более чем с 95% надежностью позволяет рассчитать и, соответственно, прогнозировать составы умягченной воды и получаемого осадка в зависимости от доз извести и коагулянтов.

Для практических расчетов составлена программа для ЭВМ, которая дает возможность оцепить технические и экономические показатели самых разных вариантов комбинаций вида и доз реагентов. Фрагмент результатов расчета по этой программе приведен в табл. 1.

Таблица 1.

Умягчение воды щелочными реагентами (мгг-экв/л).

№ п/п рн Ж Са2+ Мг2+ НСОз СОз2" ОН' во/ Дозы коагулянтов 8

СаО МагСОз КаОН

1 10.14 3.96 0.34 3.61 0.90 2.13 0.14 5.24 6.00 6.00 0.00 1440

2 10.19 3.26 0.42 2.84 0.64 1.72 0.16 5.23 7.00 6.00 0.00 1468

3 10.26 2.67 0.56 2.11 0.42 1.30 0.18 5.24 8.00 6.00 0.00 1496

4 10.36 2.12 0.80 1.33 0.23 0.92 0.23 5.24 9.00 6.00 0.00 1524

5 10.52 1.82 1.21 0.61 0.11 0.60 0.34 5.26 10.00 6.00 0.00 1552

6 10.21 3.83 1.27 2.56 0.20 0.56 0.17 5.35 4.00 0.00 4.00 1712

1 10.30 3.61 1.88 1.73 0.11 0.38 0.20 5.38 5.00 0.00 4.00 1740

8 10.44 3.54 2.63 0.91 0.06 0.27 0.28 5.42 6.00 0.00 4.00 1768

9 10.24 2.83 0.55 2.28 0.44 1.33 0.18 5.32 2.00 0.00 6.00 2456

10 10.34 2.22 0.78 1.44 0.25 0.94 0.22 5.32 3.00 0.00 6.00 2484

Вычисления проводились для воды следующего состава (мг-экв/л): рН=7.б; жесткость общая Ж=11.0; Са24=4.0; N^'=7.0; НСО'3=4.(>; 8042"=6.0; С1'=6.0. Температура умягчения 1°=32°С. Доза коагулянта Ре804=0.5 мг-экв/л. Для сравнения экономической эффективности вариантов введена относительная стоимость реагентов (Б), которая принималась для СаО=1; Иа2С03=4 и №011=10.

В третьей главе обосновывается возможность применения алюминийсо-держащих коагулянтов N8-4.102 и АЦ^О^ в процессе реагентного умягчения воды на станциях водоподготовки нашей страны. Приводятся данные лабораторных и полупроизводственных исследований, их статистическая обработка.

Алюминийсодержащие коагулянты обычно не применяют в процессах умягчения, т.к. считают, что растворимость гидроксида алюминия увеличивается при повышенных ( более 9 ) значениях величины рН.

Многочисленные опыты, проведенные по известкованию воды с алюминатом натрия и сернокислым алюминием, выявили прямую зависимость остаточного алюминия от содержания ионов магния в воде, поступающей на умягчение, и вводимой дозы алюминийсодержащего коагулянта. Эта зависимость описывается уравнениями: для алюмината натрия

у= 1.93-0.65*, (16)

для сернокислого алюминия

у=0.153-0.65\ (17)

где х - отношение концентрации ионов магния ( мг-экв/л ) к концентрации ионов алюминийсодержагцих коагулянтов ( мг-экв/л ) в исходной воде;

у - остаточная концентрация ионов алюминия в умягченной воде; мг-экв/л.

Статистическая обработка экспериментальных данных, проведенная с помощью критерия ^, показала, что полученные уравнения более чем с 99 % надежностью описывают зависимость остаточного алюминия от соотношения магния и алюминия в исходной воде. Согласно уравнениям ( 16, 17 ), (рис.3 ) при отношении в исходной воде : А1 = 9 :1 и выше в умягченной остаточного алюминия фактически не наблюдается.

Сравнение полученных зависимостей позволило сделать вывод, что при применении одной и той же дозы алюминийсодержащего коагулянта в случае с алюминатом натрия, содержание остаточного алюминия в известкованной воде гораздо выше, чем в случае с сульфатом алюминия. Это связано с тем, что при использовании алюмината для достижения заданной величины рН требуется значительно меньше извести, чем при применении сернокислого алюминия. Но при известковании выпадение магния в осадок происходит при совместном соосаждении кальция и магния, которые, в свою очередь, адсорбируются гидроксидом алюминия. Таким образом, концентрация остаточного алюминия в умягченной воде зависит не только от концентрации магния в

исходной воде, но и от содержания ионов кальция, способных соосаждаться совместно с ионами магния.

А1осг

А1исх

Рис.3. Зависимость содержания остаточного алюминия от соотношения магния и алюминия в исходной воде.

В системе уравнений ( 4 - 15 ) для практических расчетов в случае использования алюминийсодержащих коагулянтов в зависимости от вида коагулянта учитывается добавление эквивалентного количества КаОН ил» ЙО^ . Причем, соотношение А1: ( мг-экв/л ), при котором все добавочное количество алюминия переходит в осадок, не должно превышать I : 9.

Опыты по известкованию воды сернокислым алюминием на полупроиз-водстиешюй установке в цехе химводоочистки Новочеркасской ГРЭС подтвердили основные выводы, полученные в ходе лабораторных экспериментов. В случае, когда концентрация магния была в семь и более раз выше дозы алюминия, остаточный алюминий не наблюдался. Остальные показатели умягченной воды свидетельствовали о достаточно высоком эффекте умягчения известью с алюмшшйсодержащим коагулянтом в пределах рН от 9.7 до 10.9 (табл.3).

При проведении процесса умягчения в интервале значений рН 9.5 - 9.9 получался осадок, в котором преобладали карбонаты кальция и магния.

Плотность такого осадка равнялась 1,06 - 1,12 г/см3, влажность 98-98,8%. Скорость уплотнения была значительно выше, чем у гидроксидпого, образованного при рН умягчения 10,3 (рис.4).

V, мл 90

80

70

60

50

40

30

20

10

О

1

V_

1

д_

-Д

ч

■Ч

•Л

'л

\

р-—-

.. „

^ мин

0 3 6 9 12 15 13 21 24 27 30 Рис. 4. Уплотнение осадка, полученного при известковании с сернокислым алюминием на полупроизводственной установке. —•— умягчение при рН 10,5 ——- умягчение при рН 10,0 ■ умягчение при рН 9,7

Одновременно с умягчением происходило и обескремнивание воды.. Сравнение экспериментальных данных, полученных на полупроизводственной установке по известкованию воды с сернокислым алюминием в качестве коагулянта, с данными химлаборатории Новочеркасской ГРЭС ( коагулянт Ре804), подтвердило более высокую степень обескремнивания при известковании с А12(804)з (табл. 4 ). В таблицах приняты обозначения: Щф.ф, Щ - щелочность по фенолфталеину и общая; Ж, Жуы. - жесткость исходной и умягченной воды; вЮго, 8102 у*. - содержание кремния в исходной и умягченной воде; Эх, Э&о2 - эффект снижения жесткости воды и кремневой кислоты; Да1 -доза сернокислого алюминия.

Лабораторные исследования показали, что для вод с повышенным содержанием органических веществ предпочтительнее использовать при известковании сернокислый алюминий, т. к. он эффективнее снижает концентрацию органических веществ в обрабатываемой воде по сравнению с Ре804. При работе с алюмишгасодержащимм коагулянтами важное значение имеет правильный выбор их дозы. Для сульфата алюминия при использовании его в процессе известкового умягчения она определяется необходимостью осаждения взвешенных частиц и коллоидных примесей и ограничивается содержанием ионов магния в обрабатываемой воде.

Показатели качества воды во время работы полупроизводственной установки Таблица 3.

№ Состав воды из канала ГРЭС, подаваемой на установку, мг-экв/л ДА1 Показатели умягченной воды, мг-экв/л

п/п Ж Са2+ НСОз рН мг-экв/л РН Щфф Щ Ж Са2+ МЙ2+ АР+

1 4.3 2.6 1.7 3.0 7 0.23 10.90 1.12 1.4 2.9 2.8 0.1 отс.

2 4.2 2.5 1.7 3.1 7 0.23 10.5 0.52 0.76 2.4 2.2 0.2 отс.

3 4.2 2.7 1.5 3.1 7 0.33 9.7 0.23 0.4 2.3 1.5 0.8 0.025

4 4.2 2.7 1.5 3.1 7 0.18 10.2 0.4 0.6 2.2 1.8 0.4 отс.

5 4.2 2.6 1.6 3.1 7 0.24 9.8 0.2 0.5 2.3 1.1 1.2 0.0125

6 4.2 2.6 1.6 3.0 7 0.20 10.0 0.3 0.5 2.2 1.8 0.4 отс.

7 4.2 2.6 1.6 3.0 7 0.19 10.5 0.5 0.8 2.35 2.2 0.15 отс.

8 4.2 2.6 1.6 3.0 7 0.20 10.4 0.4 0.6 2.2 2.0 0.2 отс.

9 4.2 2.6 1.6 3.0 7 0.22 10.3 0.3 0.6 2.2 2.05 0.15 отс.

10 4.4 2.7 1.7 3.1 7 0.20 10.1 0.3 0.6 2.3 2.0 0.3 отс.

Результаты обескремнивания воды при известковании с РеБОд и АЬ^О-^з в качестве коагулянта Таблица 4.

№ пп. С применением ЕеБОд, данные лаборатории ГРЭС С применением АЬ(804)зна полупроизводственной установке

Ж мг--экв/л Жум. мг--экв/л -З/к, % 810го мг/л 8Ю2, ум. мг/л Ээо2' % ж, мг--экв/л Жуй. мг--экв/л Эж, % БЮз, мг/л ЗЮг, ум. мг/л Эз,о2 > % ДА! мг--экв/л

2 4.4 2.4 45.5 4.7 4.5 4.3 4.2 2.3 45.0 4.2 2.4 42.9 0.33

3 4.5 2.8 37.8 5.2 4.9 5.8 4.2 2.2 47.6 4.2 2.6 38.1 0.18

4 5.6 3.1 55.4 9.5 8.65 8.95 4.2 2.3 45.0 4.6 3.1 32.6 0.24

5 6.2 4.6 25.8 8.2 7.8 4.9 4.2 2.2 47.6 4.4 2.8 36.4 0.22

6 6.4 3.4 46.9 5.6 4.85 13.4 4.4 2.3 47.7 4.2 2.9 31.0 0.20

Приведенная номограмма (рис.5) ограничивает значение допустимых доз сульфата алюминия. Содержание взвешенных веществ в этом случае принимается с учетом выпадающих в осадок солей жесткости и нерастворимых примесей в реагентах.

Рис. 5. Зависимость допустимой дозы АЬ^О^з от содержания магния в

исходной воде.

Заштрихованная зона - область возможного применения АЬ^О^з в качестве коагулянта. Прямоугольники обозначают рекомендуемую дозу коагулянта в зависимости от мутности воды , принимаемую но СНиП 2.04.02-84.

Таким образом, умягчение с КаАЮг и АЬ^О^з экологически более эффективно, чем с РеЯСи, т.к. алюминат натрия уменьшает дозу извести и не дает сухого остатка, а сернокислый алюминий значительно лучше удаляет кремнекислоту и органические соединения в умягчаемой воде, что приводит к снижению концентрации жидких отходов от химводоочисток.

В четвертой главе рассмотрены вопросы улучшения экологических показателей станций водоподготовок. В результате проведенных исследований на водоумягчительных установках ТЭЦ, где нредочистка работает по схеме известкования с осветлением воды во взвешенном слое и последующим фильтрованием через антрацитовую загрузку, было установлено, что основными типовыми " недостатками и за1руднениями в работе предочистки являются:

- малая высота взвешенного слоя в осветлителях и, как следствие, отсутствие попадания шлама во встроенный шламоуплотнитель, и, соответственно,

отсутствие " отсечки ", недостаточный эффект осветления, нестабильность осветленной воды;

- отсутствие автоматического поддержания дозы извести в зависимости от величины рН и, соответственно, колебания в составе осветленной воды;

- несоответствие гранулометрического состава антрацитовой загрузки проектным рекомендациям, что приводит к остаточной нестабильности фильтрата и выносу карбоната кальция на катионит ионообменных фильтров. "

Для совершенствования технологии предварительной очистки воды и практического применения теоретических положений, описанных в предыдущих главах, были проведены работы по устранению выше перечисленных недостатков на Шахтинской ТЭЦ имени Артема.

На основании седиментационного анализа частиц взвешенного слоя было установлено, что гидравлическая крупность большей части частиц сравнительно одинакова и лежит в пределах 1,6 - 1,7 мм/с. Даже при номинальной производительности уровень шлама не поднимался до шламоотводящих окон.

Малая высота взвешенного слоя увеличивает нестабильность огстоенной воды, выгрузка осадка из нижнего конуса связана с дополнительными потерями воды из-за трудности контроля влажности выгружаемого осадка. Для рационального использования объема шламоуплотнитеяя предусматривается принудительный отсос осадка в шламоуплотнитель и восстановление системы отбора воды из него, так называемой " отсечки ". Это позволяет уменьшить влажность осадка и довести потери воды с осадком до 2,5 - 3 % от объема осветленной воды.

Для предотвращения потерь воды от взрыхления механических фильтров был увеличен их фильтроцикл до 48 - 72 часов и осуществлена схема подачи воды от взрыхления мехфильтров в осветлители через промежуточную емкость. Это позволило избежать потерь взрыхляющей воды, составляющих в применяемом ранее режиме 4,5 - 5 % от объема осветленной воды.

В большинстве случаев вода после известкования содержит в избытке карбонат кальция, который ухудшает работу обессоливающих установок, увеличивает объем сточных вод, вызывает накипеобразование. Для предотвращения этих негативных последствий в цехе химводоочистки Новочеркасского завода синтетических продуктов проводился эксперимент по дозированию двуокиси углерода в умягченную воду перед подачей ее на ионитное

умягчение. Разработан алгоритм расчета дозы двуокиси углерода, при которой устанавливается равновесие с карбонатом кальция.

Для экспериментальной оценки стабильности воды определяли показатель стабильности по методике ВОДГЕО. Двуокись углерода подавалась во всасывающий патрубок насоса, перекачивающего известкованную воду на натрий-катионитовые фильтры. При этом избыток извести нейтрализовывал-ся, показатель стабильности воды был близок нулю, величина рЫ умягченной воды снижалась до 8,0 - 8,3 в зависимости от состава умягченной воды.

Как правило, известкованная вода для последующего умягчения поступает на ионообменные фильтры, которые чаще всего регенерируются раствором поваренной соли . При этом его подают с двух-трех - кратным избытком, что приводит как к перерасходу реагентов, так и к сбросу значительного количества солей в водоемы. В существующих схемах повторного использования отработанного регенерационного раствора, которые предусматривают осаждение ионов кальция и магния введением эквивалентного количества натриевых карбонатов ( N82003 ) и гидроксидов ( ЫаОН ), происходит фактически замена хлорида натрия карбонатом натрия, который является дорогим и экологически " грязным " продуктом - на каждую тонну продукта образуется до двух тонн отходов. Направление, по рекомендациям ряда авторов, отработанных регенерационных растворов в осветлители предочистки, работающих в режиме содо-известкования, возможно только для слабоминерализованных вод, к которым не относятся воды южного региона. При такой схеме солевой " хвост " прячется в воду, идущую потребителю в виде горячего водоснабжения и подпитки теплосети. С экологической точки зрения такая схема бессмысленна, так как соли все равно попадают в канализацию и в водоемы.

В рамках настоящей работы для решения этих проблем применительно к ТЭЦ ГОО Ростсельмаш была разработана технологическая схема малоотходной технологии подготовки воды на химводоочиспсе котельной завода (рис.6).

Рис.6. Схема повторного использования сточных вод станции химводоочистки.

Для сокращения расхода реагента и уменьшения количества сточных вод было предложено производить умягчение воды на натрий-катионитовых противоточных фильтрах ( 1 ) с удельным расходом соли N30 90 -100 г/экв. По разработанной схеме наиболее концентрированная часть отработанного регенерационного раствора ( О. Р. Р. ) смешивается с продувочной водой котлов ( П. В. ) и после добавления небольших доз кальцинированной или каустической соды и двуокиси углерода направляется в реактор ( 4 ), где происходит выпадение в осадок карбоната кальция и гидроксида магния. При этом в полной мере используется карбонатная и гидратная щелочность продувочной воды. Реакция идет при высокой температуре (X = 85 °С ), достигаемой за счет тепла продувочной воды. Принимают теплоизолированные реакторы периодического действия с тонкослойными наклонными модулями.

Отстоенная вода фильтруется через крупнозернистый фильтр ( 5 ) и подвергается концентрированию в электродиализных или обратноосмотичсских аппаратах ( 7 ). Маломинерализованный диализат вводится в поток исходной воды или сбрасывается в канализацию. Концентрат направляется в бак с раствором поваренной соли ( 8 ).

В этот же бак вводится добавок свежего раствора хлорида натрия. Осадок из реактора обезвоживается на центрифугах ( 13 ), фугат возвращается в реактор. Полученный кек можно использовать для приготовления строительных растворов. Данная схема позволяй значительно снизить расход солей и уменьшить их сброс в канализацию. Оставшаяся часть солевых стоков разбавляется хозяйственно-бытовыми сточными водами до концентрации соли 1,2 г/л и сбрасывается в канализацию.

Программа детального расчета вышеописанной схемы реализована на ЭВМ. Выполненные на основании этой программы расчеты показывают, что применительно для ТЭЦ котельной П/О Росгсельмаш сброс соли сокращается на 14 т/сут по сравнению с базовым вариантом.Проведенная эколого-экономическая оценка наносимого ущерба окружающей среде показала, что предлагаемая технология умягчения с повторным использованием отработанных регенерационных растворов дает чистый экологический эффект от предотвращенного ущерба 142 млн.руб. в год. Ввод известкования перед нат-рий-катионированием повышает эффект до 150 млн.руб в год.

На основании теоретических и экспериментальных исследований были представлены рекомендации на проектирование очистных сооружений хим-водоочистки ТЭЦ третьей площадки завода Ростсельмаш.

Основные выводы.

1. Станции водоподготовки являются источниками сброса большого количества минерализованных сточных вод в водоемы. При подготовке воды, близкой по составу донской, расходом 45000 м3/суг в водоемы сбрасывается от 24,4 до 38,5 т/сут солей в зависимости от применяемой технологии.

2. Для возможности разработки экологически целесообразных и технически эффективных схем, уменьшающих сброс солей, была получена надежная методика расчета процесса реагентного умягчения воды, учитывающая различные факторы, которые позволят достичь минимальные расхождения между расчетными и практическими данными. Уточнены рекомендации по выбору вида и доз различных коагулянтов.

3. Поправочные коэффициенты, полученные на основании экспериментальных данных и приведенные в настоящей работе, позволяют с достаточной точностью производить расчеты процессов умягчения с учетом соосаж-дения карбоната магния и сульфата кальция. Выявлена возможность прове-

дения процесса умягчения при рН меньше 10,0, что предпочтительнее в случае подготовки воды для горячего водоснабжения, дает значительную экономию реагентов и уменьшает потери воды со шламом.

4. На основании лабораторных и полупроизводственных исследований показана принципиальная возможность применения алюминийсодержащих коагулянтов при известковании воды как экологически более эффективных. Определены границы доз алюмишшсодержащих коагулянтов.

5. Рекомендовано применять ашоминийсодержащие коагулянты в следующих случаях:

- при повышенной перманганатной окисляемости ( ПО > 10 мг О/л ) в исходной воде;

- при умягчении воды с содержанием магния больше 3 мг-экв/л, а также в случае использования в качестве реагента каустического магнезита;

- для повышения эффекта обескремнивания воды.

6. Составлена универсальная методика прогноза и регулирования процесса реагентного умягчения воды на ЭВМ, которая позволяет в каждом конкретном случае рассмотреть множество вариантов и выбрать лучший по технологическим, экологическим и экономическим показателям.

7. Исследована в производственных условиях возможность стабилизационной обработки известкованной воды введением двуокиси углерода, предложены зависимости для расчета доз СОг.

8. Показана,на основании производственных экспериментов на химво-доочистке, работающей на донской воде, возможность существенно улучшить экологические показатели работы предочистки ХВО за счет повышения точности дозировки реагентов, повторного использования промывной воды фильтров, совершенствования конструкций осветлителей и рационализации режима работы механических фильтров.

9. Предложена по разработанной методике расчета (на примере крупной котельной завода Ростсельмаш) технологическая схема химв о до очистки с натрий - катионированием воды, предусматривающая максимально возможное повторное использование отработанных регенерационных растворов и продувочных вод котлов. Показано, что предложенная схема, внедренная в технический проект, позволяет существенно уменьшить сброс минерализованных сточных вод и довести их показатели до требований, предъявляемых органами охраны природы.

Пубтштиии.

Основные результаты исследований изложены в научно-технических отчетах кафедры и в семи печатных работах.

1. Рождов И.Н., Земченко Г.Н. Обработка умягченной воды углекислым газом для предотвращения карбонатных отложений. Новочерк. политехи, нн-т. Новочеркасск, 1986. -Деп. в ВИНИТИ 1.09.86. N6340-86.

2. Рождов И.Н. , Земченко Г.Н. Влияние известкового умягчения на состав и свойства воды. Очистка природных и сточных вод. Меж. вуз. сб. / Рост, инж. - строит, ин-т. - Ростов н/Д, 1986.-С.58-60.

3. Рождов И.Н. , Земченко Г.Н. Умягчение воды с использованием алюмината натрия. Технология и аппараты очпстаи сточных вод. Межвуз. сб. / НПИ. Новочеркасск, 1987.-е. 12-17.

4. Земченко Г.Н. Повторное использование в химводоочиспсе отработанных регенерационных растворов. // Очистка природных и сточных вод. Межвуз. сб. / Рост. инж. - строит, ин-т. - Ростов н/Д, 1990. - с. 44-47.

5. Рождов И.Н. , Земченко Г.Н. , Мальцев Г.В. Экологические аспекты работы водоподготовиггельных установок ТЭЦ. // Город и экология: материалы второй студенческой научной конференции./ Рост. гос. эконом, академ. -Ростов н/Д., 1996. с 77.

6. Рождов И.Н., Земченко Г.Н. Определите компонентов щелочности воды. // Известия высш. учеб. зав. Сев.-Кав. регион. Техн. науки. N1,1997.

7. Рождов И.Н., Земченко Г.Н. Расчет компонентов твердой фазы осадка после реагентного умягчения воды. // Материалы международной научной практической конференции. Подсекция водоснабжения и водоотведения совместно с НГТУ, АИСИ и Южным отделением ЖКА : Тез. докл. - Ростов н/Д: РГСУ, 1997. с. 26-27.

с. 82-86.