Тема 1. Утилизация сточных вод традиционных схем обессоливания

Тема 1. Утилизация сточных вод традиционных схем обессоливания

Для чего производится осветление воды на ТЭС, какие используются технологии и реагенты?

Особенностью отечественных водоподготовительных установок (ВПУ) является то, что в качестве исходной воды для них, как правило, используется вода из поверхностных водоемов. Природная вода, загрязненная техногенными примесями, содержит большое количество минеральных примесей, взвешенных и органических веществ. Для снижения их концентраций вода подвергается осветлению и коагуляции, часто с применением известкования. Эффективность такой предварительной очистки зависит от конструкции осветлителей, реагентов, применяемых для осветления воды, и степени доочистки воды в механических фильтрах, а качество осветленной воды оказывает большое влияние на эффективность последующей ее обработки. По принятым в СССР, а теперь в странах СНГ нормам, питательная вода котлов высокого давления должна содержать растворенных веществ не более 10 мкг/л. Такая норма вынуждает применять сложную, многостадийную схему водоподготовки и очистки воды. Вначале водоподготовки подогретая сырая, то есть неочищенная, вода поступает на стадию предварительного (химического) умягчения. На этой стадии предстоит максимально снизить концентрацию в ней солей жесткости, железа, углекислоты, кремниевой кислоты, примесей органических веществ, твердых взвешенных частиц. Все эти задачи водоподготовки решаются добавлением к сырой воде осадительных реагентов, коагулянта или флокулянта. Малорастворимые соединения выпадают в осадок, сворачиваются в флокулы и отделяются от предварительно умягченной воды осаждением в гравитационном поле. Процесс осветления происходит в отстойниках- осветлителях. Осветленная вода в процессе водоподготовки проходит, песочные фильтры и далее поступает на целый ряд ионообменных фильтров: катионитовых и анионитовых. Только после этого удается достичь установленной нормы в водоподготовке: общего содержания примесей не более 10 мкг/л. Чем меньше примесей останется в предварительно умягченной воде, тем ниже нагрузка на ионообменные фильтры. Тем реже их надо выводить на регенерацию, реже промывать после регенерации, предварительно умягченной водой. Тем меньше расход реагентов и объемы хлорсодержащих стоков. Естественным решением задачи повышения эффективности очистки воды от солей жесткости является разбиение процесса на несколько стадий. Уже при двух стадиях процесса очистки удается достичь суммарного содержания ионов кальция и магния 0, 6 мг.экв/л; при 5 стадиях - 0, 16 мг.экв/л. Естественно, что при этом многократно снижается нагрузка на этап ионообменной очистки, сокращается количество регенераций ионообменников, снижаются расход реагентов, объемы сбрасываемых засоленных стоков. Нельзя забывать при решении столь сложной задачи и об интенсивности перемешивания очищаемой воды и реагентов. Достаточно упомянуть, что интенсивное перемешивание раствора при добавлении в него коагулянтов приводит к разбиванию образующихся флокул, делая практически бесполезным использование дорогостоящих флокулянтов. Изменение технологии предварительного умягчения определяет и аппаратурное оформление процесса. Одностадийная очистка предусматривала смешение всех реагентов в нижней конусной части осветлителя. Вызываемые производственной необходимостью в процессе эксплуатации изменения нагрузки на осветлитель приводили к изменению локализации зоны реакции. Перенос реакций очистки и сопутствующих процессов в каскад реакторов стабилизирует работу осветлителя.

 

Охарактеризуйте шлам, образующийся при коагуляции воды.

При коагуляции сульфатом алюминия

Используют при обработке вод с пониженной щелочностью. Механизм образования осадков очень сложен и основан на процессах гидролиза, сорбции и коагуляции.

Основу осадков составляет свежеосажденный гель гидроксида алюминия в сочетании с минеральными (песок, глина) и органическими веществами, находящимися в воде и вносимыми в воду вместе с техническим коагулянтом.

Обезвоживание осадков (разделение на твердую и жидкую фракции) в большинстве случаев осуществляют методом фильтрования через пористые перегородки, по обеим сторонам которых создают перепад давления, являющийся движущей силой процесса.

При коагуляции с известкованием:

Коагуляцию с известкованием используют при обработке вод с повышенной щелочностью. При умягчении воды известью или содой образуются осадки, содержащие нерастворимые вещества: карбонат кальция, сульфат кальция, гидроксид магния, диоксид кремния, гидроксиды железа, оксиды алюминия и непрореагировавшую известь. Скоагулированные органические и неорганические загрязнения обычно составляют малую часть массы осадка, получаемого при коагуляции с известкованием, осадок при этом относительно инертный и стабильный. Известковые осадки также биологически инертны благодаря высоким значениям pH. Содержание твердой фазы в известковых осадках изменяется от 2 до 15%. Известковые осадки с влажностью 50-65% вязкие и их трудно сгружать с самосвалов.В качестве примесей в осадках могут содержаться цинк, свинец, стронций и другие металлы.

 

В чем состоит традиционная технология утилизации шламовых вод осветлителей? В чем ее недостатки?

Из-за низкой концентрации твёрдых веществ в шламовых водах, образующиеся на ВПУ, непосредственное их использование невозможно, поэтому необходимо предварительное снижение влажности шлама. Допустимое остаточное содержание влаги в шламе зависит от конкретных условий его последующего использования.

Глубокое удаление влаги из шлама достигается обычно путем трехступенчатой обработки. На первом этапе осуществляется гравитационное уплотнение шлама с использованием флокулянтов или без них. При этом происходят перегруппировка частиц осадка, увеличение числа контактов между ними и степени агрегирования твёрдой фазы. В результате снижается сопротивление осадка при последующем фильтровании и увеличивается его водоотдающая способность. Возможность уплотнения гидроксидных осадков определяется их структурой, пространственная решётка которой способна к самопроизвольной деформации во времени с уменьшением ячеек и выделением части свободной влаги, содержащейся в ячейках и петлях геля. Для уплотнения осадка мутных вод предусматривают гравитационные уплотнители, рассчитанные на несколько часов (до 10 ч) пребывания в них осадка. В то же время применение гравитационных уплотнителей для осадков маломутных цветных вод мало эффективно и процесс их уплотнения должен быть существенно интенсифицирован. Среди методов интенсификации уплотнения гидроксидных осадков наибольший интерес представляют: уплотнение при медленном перемешивании, при добавке к уплотняемому осадку минеральных присадок (глина, известь) и предварительная обработка осадков флокулянтами. При уплотнении осадков гидроксида алюминия с типичной нагрузкой на уплотнитель 4–8 м3/(м2× сут) смешение их с глиной или известью позволяет достичь концентрации 3–6 % и 9 % соответственно при значительно более высокой нагрузке на уплотнитель. Обработка гидроксидов алюминия и железа флокулянтами влияет на размеры частиц, увеличивает скорость осаждения, улучшает слипание частиц, уменьшает время пребывания, необходимое для заданной степени уплотнения. Осадки с высоким содержанием гидроксида магния обезвоживаются хуже, что приводит к уменьшению плотности осадка.

 

Тема 2. Схемы химического обессоливания воды с сокращёнными расходами реагентов и стоков

Схема химического обессоливания воды с упариванием стоков. Каковы её преимущества и недостатки? За счет чего достигается эффект улучшения экологических показателей по сравнению с традиционным химическим обессоливанием?

В качестве одного из направлений дальнейшего совершенствования ВПУ ТЭС можно рассматривать технологию химобессоливания с упариванием стоков и использование концентрата в качестве регенерационного раствора для Na-катионитных фильтров, которая изображена на рис. 2.16. Эта схема позволяет уменьшить расход реагентов и снизить образование высокоминерализованных стоков. Особенностью схемы на рис. 2.16 является то, что ионитная часть вырабатывает меньший расход обессоленной воды за счет дополнительного получения дистиллята из её стоков. Рассматриваемая схема наиболее подходит для реконструкции уже действующих ВПУ, так как обычно для получения добавочной воды для подпитки котлов применяется двухступенчатое обессоливание, а для подпитки теплосети – Na-катионитные фильтры, и поэтому не требуется значительной перестройки технологии водообработки. В этом случае вода из запаса бака умягченной воды поступает непосредственно на ионитную установку химобессоливания. Следует отметить, что в этой схеме для нейтрализации кислого общего стока обессоливающей части может быть использован только раствор гидроксида натрия, а не раствор извести, как это обычно делают, если имеется такая возможность.

Рис. 2.16. Схема химического обессоливания с упариванием стоков:

ИС – испаритель нейтральных стоков ионитной части; БН – бак-нейтрализатор

 

Тема3.

Тема 4

2.. Технологические схемы обработки воды методом ультрафильтрации. Ультрафильтрация – это мембранный процесс, в котором мембраны имеют поры размером от 0, 002 до 0, 1 мкм, что позволяет задерживать тонкодисперсные и коллоидные примеси. При ультрофильтрации, при неизменном ионном составе осуществляется осветление и обеззараживание воды без применения химических реагентов, что обеспечивает экологичность этой технологии. Конструкция установок УФ идентична конструкции обратноосмотических.Ультрафильтрационные мембраны либо в виде полых волокон с наружным диаметром от 0, 7 до 2, 0 мм, либо рулонных элементов компонуются внутри цилиндрических корпусов – модулей, имеющих единичную площадь фильтрования от 7 до 125 м2, наборы которых позволяют формировать ультрафильтрационные установки производительностью до 4000 м3/ч и более. Технологические возможности УФ удачно дополняют возможности обратного осмоса, т.к. ультрафильтрационные мембраны задерживают все содержащиеся в обрабатываемой воде мельчайшие частицы. При этом отпадает необходимость в комплектации УОО фильтрами тонкой очистки. Работа ультрафильтрационных установок осуществляется в следующей последовательности: фильтрация – обратная промывка. Продолжительность фильтрации обычно составляет 15–60 мин, промывки 20–40 с. Установки УФ могут работать только в полностью автоматическом режиме. При снижении удельной производительности мембран до минимального допустимого значения производится регенерация фильтрующей поверхности химическими реагентами – растворами поверхностно-активных веществ и бактерицидными аппаратами.

4. Технологические режимы установки обратного осмоса. К числу наиболее эффективных способов обессоливания воды относится обратный осмос. Суть обратноосмотической технологии заключается в продавливании воды через полупроницаемые мембраны, имеющие размеры пор, сопоставимые с размерами ионов. Эти мембраны практически не пропускают взвешенные и большинство органических веществ, содержащихся в воде, а также растворённые в ней соли.

Поток обрабатываемой воды, омывая мембрану, разделяется на два: один (пермеат) проходит через мембрану, оставляя на ней содержащиеся в исходной воде вещества, другой (концентрат) смывает эти вещества с поверхности мембраны, благодаря чему она длительное время остаётся чистой и сохраняет свои технологические характеристики в течение нескольких лет. Использование современных обратноосмотических мембран позволяет практически без использования химических реагентов удалять из обрабатываемой воды 95–98 % растворённых солей. Мембранная технология пригодна для обессоливания как низкоминерализованных так и высокоминерализованных вод.

Для предотвращения выпадения на мембранах солей кальция, образующихся в результате концентрирования поступающей воды, дозируется в осветлённую воду кислоты и гексаметафосфат натрия либо производится её умягчение на
Na-катионитных фильтрах. При повышении перепада давления и снижения расхода элементы подвергаются промывкам растворами щелочи и дезинфектина. При эксплуатации УОО недопустим длительный простой установки (более 3 суток) без специальной консервации. При использовании УОО для приготовления добавочной воды можно значительно сократить (в 4–10 раз) расход реагентов на регенерацию ионитных фильтров и эквивалентно уменьшить объём солевого стока в водоисточник. Принципиальная схема ВПУ ТЭЦ-23 АО «Мосэнерго», в которой в качестве первой ступени обессоливания питательной воды для котлов входит УОО-50А, представлена на рис. 4.1. Исходная вода из поверхностного источника (Пироговское водохранилище) поступает в осветлитель, где обрабатывается коагулянтом (оксихлоридом алюминия) и флокулянтом (полиакриламид). Коагулированная вода подаётся на механические фильтры первой ступени, загруженные дробленным антрацитом, а затем на механический фильтр второй ступени, загруженный кварцевым песком. Полученная осветлённая вода подкисляется серной кислотой для предотвращения образования карбоната кальция на мембранах и подаётся на УОО. Качество воды, пошедшей предварительную подготовку и подаваемой на УОО, должно удовлетворять требованиям фирмы-изготовителя мембран («DowChemicаl»). Вода, обработанная на УОО (пермеат), поступает в Н-катионитные фильтры второй ступени обессоливания и далее после декарбонизатора в анионитные фильтры. В УОО-50А входит 4 блока, образующих технологическую схему: блок фильтров тонкой очистки (ФТО), блок высоконапорных насосов (БВН), блок фильтрующих модулей (БФМ), блок реагентной промывки (БРП). Все блоки собираются на заводе-изготовителе и требуют минимального монтажа на рабочей площадке.

Рис. 4.1. Принципиальная технологическая схема обессоливания воды на ХВО-1 ТЭЦ‑ 23 АО «Мосэнерго», включающая УОО:

 

 

 

1 – фильтры тонкой очистки; 2 – узел подкисления; 3 – блок обратноосмотических модулей

Блок ФТО является барьерным перед фильтрующими обратноосмотическими модулями и служит для предотвращения попадания взвешенных частиц, прошедших через устройства предварительной обработки исходной воды. ФТО состоят из рабочего и резервного блоков, каждый из которых обеспечивает 100 % требуемой производительности. ФТО конструктивно состоит из отдельных фильтрующих модулей, внутри которого из которых размещены по пять фильтрующих патронов, задерживающих частицы размером более 5, 0 мкм. Сигнал качества осветлённой воды ведётся по индексу загрязнения SDI. Частота замены ФТО 6–12 раз/год. Опытно-промышленная эксплуатация УОО-50А на ТЭЦ-23 АО «Мосэнерго» показала, что, как и ожидалось, существенно уменьшились трудоёмкость обслуживания обессоливающей установки. При этом уменьшился расход реагентов на её эксплуатацию, а это, в свою очередь снизило на 19–30 % себестоимость обрабатываемой воды. На рис. 4.2 представлена схема комбинированного обессоливания воды на базе обратного осмоса с предварительным
H-Na-катионированием. Согласно этой схеме, фильтрат УОО содержит 1–5 % от начального количества солей, направляется на прямоточную Н-ОН-ступень. Регенерация H-Na-фильтра производится кислым стоком Н-катионитного фильтра второй ступени, свежим раствором серной кислоты, а также раствором NaCl. Концентрат УОО и щелочные сточные воды подаются в схему подготовки подпиточной воды теплосети (мягкие стоки) для частичного восполнения потерь и корректировки рН воды теплосети.

Рис. 4.2. Принципиальная технологическая схема комбинированной технологии получения глубокообессоленной воды:

1 – концентрированные солевые стоки; 2 – разбавленные солевые стоки на отмывку

Предложение ВНИИАМ по применению обратноосмотической технологии для частичного обессоливания воды (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Схема глубокого обессоливания воды ВНИИАМ с применением УОО

Исходная вода после известкования и коагуляции в осветлителе поступает на МФ, Na-катионитные фильтры и обратноосмотическую установку. Фильтр УOO направляет на обессоливание на вторую ступень Н-ОН-ионирования и ФСД. Концентрат УОО, содержащий только хорошо растворимые натриевые соли (из них обычно не менее 90 % Na2SO4) в концентрации около 50 г/дм3, направляется на выпарную установку (ВУ), где происходит выпаривание концентрата с выделением кристаллического Na2SO4 и раствора, содержащего NaCl с примесью Na2SO4, а остальное количество реализуется в виде товарного продукта. Отработанный регенерационный раствор Na-катионитных фильтров поступает в кристаллизатор для осаждения гипса, после чего направляется в осветлитель. Отработанные растворы после регенерации Н-катионитных фильтров используются для нейтрализации остаточной щелочности Na-катионированной воды, а отработанные регенерационные растворы анионитных фильтров возвращаются в осветлитель.

Для работы УОО необходима эффективная предочистка, которая традиционно состоит из нескольких стадий очистки: коагуляция в осветлителе и механическое фильтрование в несколько ступеней. Наиболее перспективным методом предочистки является ультрафильтрация (УФ).

Ультрафильтрация – это мембранный процесс, в котором мембраны имеют поры размером от 0, 002 до 0, 1 мкм, что позволяет задерживать тонкодисперсные и коллоидные примеси. При ультрофильтрации, при неизменном ионном составе осуществляется осветление и обеззараживание воды без применения химических реагентов, что обеспечивает экологичность этой технологии.

Конструкция установок УФ идентична конструкции обратноосмотических.Ультрафильтрационные мембраны либо в виде полых волокон с наружным диаметром от 0, 7 до 2, 0 мм, либо рулонных элементов компонуются внутри цилиндрических корпусов – модулей, имеющих единичную площадь фильтрования от 7 до 125 м2, наборы которых позволяют формировать ультрафильтрационные установки производительностью до 4000 м3/ч и более. Технологические возможности УФ удачно дополняют возможности обратного осмоса, т.к. ультрафильтрационные мембраны задерживают все содержащиеся в обрабатываемой воде мельчайшие частицы. При этом отпадает необходимость в комплектации УОО фильтрами тонкой очистки. Работа ультрафильтрационных установок осуществляется в следующей последовательности: фильтрация – обратная промывка. Продолжительность фильтрации обычно составляет 15–60 мин, промывки 20–40 с. Установки УФ могут работать только в полностью автоматическом режиме. При снижении удельной производительности мембран до минимального допустимого значения производится регенерация фильтрующей поверхности химическими реагентами – растворами поверхностно-активных веществ и бактерицидными аппаратами.

6. В чем сущность процесса электродиализа?

Электродиализ относится к группе электромембранных процессов. Сущность этого мембранного метода состоит в том, что перенос ионов через мембрану интенсифицируют с помощью постоянного электрического тока. В процессах электродиализа используют мембраны с таким же размером пор, как у мембран обратного осмоса. Однако мембраны в этом случае выполнены из ионообменных смол.

Электрический потенциал подводится к аппарату через два электрода, размещенных в соответствующих электродных камерах:

Схема работы проточного диализатора

Обе камеры отделены от рабочей обессоливающей камеры, куда подается исходный рабочий раствор, ионообменными мембранами, со стороны катода – анионообменной, со стороны анода – катионообменной. Под действием постоянного электрического поля при работе аппарата катионы смещаются к аноду, встречают на пути катионообменную мембрану, проходят через нее в электродную камеру и в виде слабого раствора щелочи выводятся из аппарата.

Соответственно ведут себя и анионы, выходя из аппарата в виде слабого раствора кислоты. Обессоленный раствор ферментов (диализованный раствор) выводится из рабочей камеры. При этом образуется обессоленное течение (дилуат) и концентрированное течение (концентрат).

 

 

Опишите безотходную технологию ВПУ на ТЭС SanJuan (США)

На ТЭС San Juan (США) компании «Рublic Service Со. оf New Mexico» была внедрена комбинированная технология переработки минерализованных сточных вод с использованием мембранной технологии в сочетании с выпарной. Сточные воды станции подаются в бак-нейтрализатор 1, где обрабатываются известковым молоком. Из бака-нейтрализатора стоки направляются в осветлитель 2 и обрабатываются химическими реагентами. Осветленная вода собирается в пруду 3, куда поступают также продувочные воды системы оборотного охлаждения (СОО). Из пруда 3 стоки поступают на установку 5 предварительной обработки воды, а затем на УОО 6, фильтрат которой после ионообменного дообессоливания используется для восполнения потерь пара и конденсата котлов ТЭС. Рассол УОО собирается в баке 7 и подвергается дополнительному концентрированию в испарителях 8. Дистиллят испарителей также подается на дообессоливание, осадки обезвоживаются на шламоуплотнительной станции 4 и вывозятся.

Комбинированная технология переработки минерализованных сточных вод станции San Juan (США), внедренная компанией «Public Service Co. of New Mexico».

 

Тема 1. Утилизация сточных вод традиционных схем обессоливания

123456Следующая ⇒

Поделиться: