Очистка сточных вод

При регенерации анионитных фильтров 1-й  ступени около 25 % воды используется на процесс регенерации, а остальная часть — на отмывку. Максимальное солесодержание воды, сбрасываемой с анионитных фильтров 1-й ступени, достигает 20—60 тыс. мг/л, среднее солесодержание составляет 1400— 1600 мг/л, а средняя щелочность — 0,5-0,7 %.

      Максимальное солесодержание сбросных вод после регенерации анионитных фильтров 2-й и 3-й ступеней составляет 15—30 тыс. мг/л, среднее солесодержание 1200—1400 мг/л, средняя щелочность 0,8—1,0 %.

Сточные воды после регенерации Na-катионитных фильтров имеют нейтральную реакцию среды. Максимальная концентрация сбрасываемых солей составляет 50—70 тыс. мг/л, общая жесткость — до 100 мг-экв/л. Эти воды содержат в основном ионы Na⁺, Cl~, Mg²*, Са²* и небольшие количества ионов железа и SO<²~.

      Кроме того, в сточных водах  после ионитных фильтров содержится в зависимости от исходной воды достаточно большое количество микроэлементов. Сами по себе эти сбросы не опасны для водоемов, но, очевидно, их наличие следует учитывать в суммарном сбросе ТЭС.

      Сточные воды конденсатоочисток составляют небольшую часть общего солевого стока водоподготовительных установок. Они состоят из вод взрыхления сульфоугольных фильтров, регенерационных сбросов ионообменных фильтров и т.п.

      Практика работы теплоэнергетических объектов показывает, что в среднем при выработке I МВт • ч энергии с водоподготовительных установок и конденсатоочисток отводится от 6 до 10 л сточных вод.

      В настоящее время сточные воды ВПУ теплоэнергетических объектов, в зависимости от местных условий, утилизируют следующими путями:

1. Сброс в водоемы с соблюдением санитарно-гигиенических и рыбохозяйственных требований к качеству воды в расчетном створе, т.е. используется метод разбавления.

2. Направление в систему гидрзоудаления  ТЭС, работающих на твердом  топливе.

3. Направление в специальные пруды-испарители.

4. Упаривание в многокорпусных  выпарных установках до высоких  конечных содержаний солей.

5. Закачивание в подземные водоносные горизонты, не пригодные для хозяйственных целей и надежно изолированные от подземных вод, используемых для водоснабжения.

      Обязательным условием сброса сточных вод ВПУ в водоемы и систему гидрозоудаления ГЗУ является их нейтрализация.

      На рис. 3 приведены две схемы нейтрализации кислых сточных вод перед подачей в систему гидрозолоудаления. Эти схемы применяют в том случае, если сточные воды ВПУ и воды системы ГЗУ друг друга нейтрализуют.

Рис. 3 Схемы подачи регенерационных вод в бункер багерной насосной: а — схема с непосредственной подачей; б — схема с промежуточным приямком; 1 — Н-катионитный фильтр; 2 — анионитный фильтр; 3 — приямок сбора регенерационных вод; 4, 6 — перекачивающий и багерный насосы; 5 — бункер багерной насосной, 7— золовая пульпа; 8 — на золоотвал

      Если количество кислых вод велико и не может быть осуществлен их непосредственный сброс в бункер багерной насосной, то устраивается промежуточный приямок (рис. 3, б), при помощи которого можно организовать более равномерную подачу воды в бункер. Емкость приямка должна быть такой, чтобы принять воду от регенерации одного фильтра.

      В случае, когда кислотные компоненты ГЗУ не в состоянии нейтрализовать щелочность сточных вод ВПУ, их предварительно нейтрализуют.

В качестве реагентов могут применяться доломит, мраморная крошка, сода и др. Однако наибольшее распространение получил процесс нейтрализации известковым молоком, так как в этом случае не наблюдается столь резкого повышения солесодержания, как при применении других реагентов. Объясняется это тем, что нейтрализация известью сопровождается образованием осадка, который может быть выведен из воды. Хорошие результаты получены также при нейтрализации сточных вод ВПУ аммиачной водой, при этом требующиеся дозы аммиака невелики и солесодержание нейтрализованной воды не превышает се солесодержания после обработки известью, процесс протекает без образования взвеси, что значительно удобнее в эксплуатации. Для нейтрализации кислых сточных вод может также применяться молотый известняк.

      На рис. 4 приведена схема нейтрализации сточных вод ВПУ известью.

Если  сточные воды ВПУ имеют щелочной характер, то для нейтрализации необходимо добавлять кислые реагенты с непосредственным введением кислоты в бак-нейтрализатор, но лучшим решением в этом случае является увеличение расхода серной кислоты на регенерацию Н-катионитовых фильтров в количестве, необходимом для установления нейтральной реакции при нейтрализации. Однако при этих вариантах кроме нежелательного увеличения расхода серной кислоты на ТЭС увеличивается также и солесодержание нейтрализованной воды. Поэтому для нейтрализации щелочных стоков лучше использовать дымовые газы ТЭС.

 

Рис. 4 Схемы самонейтрализации и нейтрализации известью: а — схема самонейтрализации; б — схема нейтрализации известью; / — Н-катионитный фильтр; 2 — анионитный фильтр; 3 — известковая мешалка; 4 — насос известковой мешалки; 5 — насос - дозатор известкового молока; б приямок сбора регенерациоиных вод; 7— перекачивающий насос, 8 — бак-нейтрализатор; 9 — насос перекачивания и сброса; 10 — сброс

      На рис. 5 приведена схема нейтрализации щелочных вод ВПУ дымовыми газами. В этой схеме дымовые газы в нейтрализатор подаются с помощью электрода, что требует значительных энергетических затрат.

 
 

Рис. 5 Схема нейтрализации щелочных регенерационных вод дымовыми газами:

1 — Н-катионитный фильтр; 2— анионитный  фильтр; 3 — приямок сбора регенерационных вод; 4 — перекачивающий насос. 5 — бак-нейтрализатор, 6 — распределительное устройство, 7— насос перемешивания и сброса; 8— эжектор. 9 — дымовые газы. 10 — сброс 

3. Очистка сточных вод от обмывок поверхностей котлов

 

      При сжигании топочных мазутов  в котлах энергетических установок  образуется зола, выход которой,  обычно, не превышает 0,1—0,3 % от  массы сжигаемого мазута.

      Зола мазутов — продукт окисления солей, перешедших в высококипящие фракции при переработке нефти. Часть золы составляют соли щелочных и щелочно-земельных металлов, извлекаемых из пластовой воды вместе с нефтью, другая часть золы образуется из металлоорганики, входящей непосредственно в структуру компонентов нефти. В состав золы входят окислы и соединения ванадия, никеля, натрия, кальция, алюминия, железа и др.

      Несмотря на малое содержание  золы в мазутах, она создает  значительные трудности при эксплуатации котлов. В первую очередь это объясняется способностью золы образовывать осаждения на поверхностях нагрева, что снижает эффективность теплопередачи.

      Для удаления отложений осуществляют постоянную обмывку поверхностей нагревательных котлов и регенеративных воздухоподогревателей (РВП). Обмывку РВП проводят через 15—20 сут эксплуатации котла, затрачивая около 5 м³обмывочной воды на 1 м³ сечения РВП.

      При обмывке часть отложений  (80—85 %) растворяется в воде, а  остальные переходят в воду  в виде грубодисперсных примесей. Средний состав примесей обмывочной воды (в г/л) представлен ниже:

Грубодисперсные -0,5

Железо - 7-8

Ванадий - 0,3—0,8

Никель - 0,1-0,15

Медь - 0,02-0,05

Сухой остаток - 32—45 

      Показатель рН обмывочной воды  составляет 1,3—1,6. Средний ориентировочный размер стока обмывочных вод для крупной ГРЭС составляет 10—15 т/ч.

      При очистке таких вод возникает  проблема не только их обезвреживания, но и одновременного выделения ценных продуктов (ванадия и никеля) из обмывочных растворов.

      Особо ценным компонентом является V₂0₅, которую выделяют из обмывочных вод. На рис. 6 представлена технологическая схема получения осадка V₂O_s из обмывочных вод. 

Рис. 6 Принципиальная схема процесса непрерывного осаждения пятиокиси ванадия из сернокислых растворов:

1 — реактор; 2 — насос; 3 — реактор-нейтрализатор; 4 — реактор-коагулятор; 5 — отстойник № 1; 6, 10 — баки осветленного раствора; 7, 9, 12 — репульпаторы соответственно № 1, 2, 3; 8, 11, 13 — отстойники соответственно; № 2, 3. 4; 14 — фильтр- пресс, 15 — сборник сточных вод; 16 — плавильная печь. 
 

      По предлагаемой схеме в сернокислый раствор, нагретый до кипения, подается сухая сода или ее насыщенный раствор в количестве, необходимом для создания рН в интервале 1,4—2,0 (1,5—2,0 кг воды на 1 кг V₂O). В случае, если ванадий находится в растворе в недоокисленной форме, добавляется также NaClO в количестве 0,2 кг на I кг V₂O. Процесс проводится в каскадно расположенных реакторах в течение 3 ч. Промывка осадка производится хлористым аммонием и горячей водой в отдельных аппаратах. Расход хлористого аммония на промывку составляет 0,1 кг на 1 кг V₂O. По окончании промывки осадок с влажностью 55—65 % направляется на барабанный вакуум- фильтр или фильтр-пресс. Выход V₂0₅ из раствора в промытый осадок составляет 95,5—97,0 % с содержанием его в этом осадке 89,5— 92,2 %.

       В этом процессе использовались сернокислые растворы, относительно богатые ванадием. В применении его к процессам очистки обмывочных вод следует, видимо, ожидать несколько более бедные по ванадию концентраты, причем этот процесс может служить первой стадией очистки; вторая стадия очистки может сохраняться в виде нейтрализации всех освобождающихся в этом процессе вод известью при рН = 8,5 + 10, высаживания шлама и использования осветленной воды для обмывок поверхностей нагрева котлов и пиковых подогревателей. Таким образом, применение этого процесса на ТЭС позволит получить (при незначительном увеличении затрат) продукт, достаточно близкий к технической пятиокиси ванадия, содержащей основной продукт (V0₅) в количестве не менее 98 %.

       Естественно, что отпускная цена этого продукта будет более высокой, чем полученная по обычному двухстадийному способу. Кроме того, это позволит избежать вторичной переработки ванадиевых концентратов в металлургическом производстве.

      На рис. 7 представлены два варианта схемы ВТИ для нейтрализации и обезвреживания обмывочных вод котлов и РВП, разработанных Киевским отделением ТЭП. Согласно первому варианту обмывочные воды подаются в бак-нейтрализатор, в который также дозируется и раствор извести.             Перемешивание раствора осуществляется насосами рециркуляции и сжатым воздухом. Отстаивание производится в течение 7—8 ч, после чего часть осветленной воды (50—60 %) используется на повторные обмывки котлов, а шлам поступает на фильтр- прессы ФПАКМ для обезвоживания. Затем обезвоженный (37—40 % воды) шлам подаётся шнековым транспортером на расфасовку и далее на склад. В этой схеме используются два фильтр-пресса ФПАКМ с производительностью каждого 70 кг/(м² • ч). Фильтрат из фильтр-пресса через бак-сборник поступает на катионитный фильтр для улавливания катионов тяжелых металлов в случае их проскока. Фильтрат катионитного фильтра сбрасывается в водоем. Регенерация фильтра производится раствором NaCl, а регенерационные воды поступают в бак-нейтрализатор.

Всесоюзный  теплотехнический институт рекомендует  на первой стадии нейтрализации использовать гидроксид натрия в количестве 6 кг/м* и па второй стадии — известь СаО в количестве 5,6 кг/м³ обмывочной воды. При этом процесс нейтрализации и осаждения шлама на первой стадии продолжается 5—6 ч, исходя из чего и принимают размер емкости бака- нейтрализатора. Количество влажного шлама в первом бака-нейтрализатора составляет 20 % объема обмывочной воды, а количество сухой массы — 5,5 %.

      Осветленная вода из первого  бака-нейтрализатора поступает во  второй бак-нейтрализатор, куда  подается раствор извести. Процесс  нейтрализации и осаждении шлама на второй стадии протекает 7—8 ч. 
 

Рис. 7 Принципиальная схема установки для очистки обмывочных воя котлов и РВП: а — вариант 1 (/ — обмывочная вода, 2 — бак-нейтрализатор; 3, 18 — насосы, 4 — фильтр- пресс, 5 — техническая вода на промывку фильтровальной ткани, 6 — шнековый транспортер; 7 — машина для зашивания мешков; 8 — погрузчик, 9 — бак-сборник, 10, 11 — насосы фильтрата и раствора соли; 12— бак-мерник раствора соли. 13 — фильтрат. 14 — регенерационный раствор, 15— катионитный фильтр, 16— известковое молоко; 17 — мешалка, 19— осветленная вода на повторное использование, 20— сжатый воздух), 6 — вариант 2(7 — обмывочная вода, 2 — бак-нейтрализатор, 3 — насос, 4 — сброс шлама в накопитель, 5 — фильтр-пресс; б — шламонакопитель, 7 — шламовый насос; 8— шнековый транспортер; 9— машина для зашивания мешков, 10 — погрузчик, 11 — вода на повторное использование)