Основные требования и способы уменьшения загрязнений водоемов сбросами сточных вод котельных. Большая энциклопедия нефти и газа

Загрязненные сточные воды ТЭС и их водоподготовительных установок состоят из различных по количеству и качеству потоков. В их состав входят (в порядке убывания количества):

а) сточные воды как оборотных, так и прямоточных (разомкнутых) систем гидрозолошлакоудаления (ГЗУ) электростанций, работающих на твердом топливе;

б) продувочные воды оборотных систем водоснабжения ТЭС, сбрасываемые постоянно;

в) сточные воды водоподготовительных (ВПУ) и конденсатоочистительных (КОУ) установок, сбрасываемые периодически, в том числе: пресные, зашламленные, засоленные, кислые, щелочные, замасленные и замазученные воды главного корпуса, мазутного и трансформаторного хозяйства ТЭС;

г) продувочные воды паровых котлов, испарителей и паропреобразователей, сбрасываемые постоянно;

д) замасленные и зашламленные снеговые и дождевые стоки с территории ТЭС;

е) обмывочные воды РВП и поверхностей нагрева котлов (стоки от РВП котлов, работающих на мазуте, сбрасываются 1-2 раза в месяц и реже, а от других поверхностей и при сжигании твердых топлив - чаще);

ж) замасленные, загрязненные внешние конденсаты, пригодные после их очистки для питания паровых котлов-испарителей;

з) сбросные, отработанные, концентрированные, моющие кислые и щелочные растворы и отмывочные воды после химических промывок и консервации паровых котлов, конденсаторов, подогревателей и другого оборудования (сбрасываются несколько раз в год, обычно летом);

и) воды после гидроуборки топливных цехов и других помещений ТЭС (сбрасываются обычно 1 раз в сутки в смену, чаще днем).

Взаимосвязь между свежими и сточными водами тэс

На ТЭС должны существовать единая система водоснабжения - водоотведения, при которой сбросные воды одного типа непосредственно или после некоторой обработки могли бы быть исходными для других потребителей той же ТЭС (или внешних). Например, сбросные воды прямоточных систем водоснабжения после конденсаторов, а также продувочные воды оборотных систем при небольшом (в 1,3-1,5 раза) их упаривании, а также загрязненным нефтью сточные воды ТЭЦ могут являться исходной водой ВПУ, равно как и последние порции отмывочной воды обессоливающих фильтров.

Все возвращаемые в «голову» процесса сбросные воды не должны нуждаться в обработке реагентами на предочистке, в случае же необходимости обработки известью, содой и коагулянтом они должны перемешиваться (усредняться) в сборном баке. Вместимость этого бака должна быть рассчитана на сбор 50 % всех сточных вод ВПУ за сутки, в том числе 30 % сточных вод ионитной части. Нежелательно смешивать прозрачные мягкие и шламовые сбросные воды. Следует учитывать, что не менее 50 % всех сбросных вод ВПУ, в том числе все сточные воды предочисток всех типов, включая сбросные воды после взрыхления ионитных фильтров пресной водой, последние порции отмывочной воды ионитных фильтров обессоливающих установок, а также воды, сбрасываемые при опорожнении осветлительных и ионитных фильтров, имеют солесодержание, жесткость, щелочность и другие показатели такие же или даже лучшие, чем предочищенная и тем более исходная вода, и поэтому могут быть без дополнительной обработки реагентами возвращены в «голову» процесса, в осветлители или, что еще лучше, на осветлительные, Н- или Na-катионитные фильтры.

Кроме единой общей канализации для всех видов пресных вод ВПУ должны иметься и отдельные сбросные каналы для засоленных и кислых вод (щелочные должны полностью использоваться в цикле, в том числе для нейтрализации). Эти воды нужно собирать в специальные баки-котлованы.

Ввиду периодической работы земляных котлованов (преимущественно в летнее время) для моющих растворов и отмывочных вод котлов после химических промывок, после установок для нейтрализации этих вод и обмывочных вод РВП следует предусматривать возможность подачи на эти сооружения различных сбрасываемых кислых, щелочных и засоленных вод ВПУ для совместной или попеременной нейтрализации, отстаивания, окисления и передачи их в систему ГЗУ или другим потребителям. При получении из обмывочных вод РВП окиси ванадия эти воды до выделения ванадия с другими не смешивают. При этом нейтрализованная установка или, по крайней мере, ее насосы и арматура должны размещаться в утепленном помещении.

Засоленные воды после Na-катионитных фильтров делят на три части по их качеству и используют по-разному.

Концентрированный отработавший раствор соли, содержащий 60-80 % удаленной жесткости при 50-100 %-ном избытке соли и составляющий 20-30 % общего объема засоленных вод, должен направляться в систему ГЗУ или на умягчение с возвратом на ВПУ, или на выпаривание с получением твердых солей Са, Mg, Na, CI, S0 4 , или в земляные котлованы, откуда после смешения с другими стоками, разбавления и совместной нейтрализации его можно направлять в канализацию, на нужды ТЭС или внешним потребителям. Вторая часть отработавшего раствора, содержащая 20-30 % всей удаляемой жесткости при 200-1000 %-ном избытке соли, должна собираться в бак для повторного использования. Третья, последняя часть - отмывочная вода - собирается в другой бак для использования при взрыхлении, если ее еще нельзя направить в «голову» процесса или для первой стадии отмывки.

Концентрированные засоленные воды после Na-катионитных фильтров и нейтрализованные воды Н-катионитных и анионитных фильтров (первые порции) можно подавать в системы ГЗУ для транспортировки золы и шлака. Накопление в воде ГЗУ Са(ОН) 2 , CaS0 4 приводит к насыщению и пересыщению воды этими соединениями с выделением их в твердом виде на стенках труб и оборудования. Масла и нефтепродукты из сточных вод, оставшиеся в них после нефтеловушек, при сбросе их в систему ГЗУ сорбируются золой и шлаком. Однако при большом содержании нефтепродуктов они могут сорбироваться не полностью и находиться на золоотвалах в виде плавающих пленок. Для предотвращения попадания их с сбрасываемой водой в водоемы общего пользования на золоотвалах сооружаются приемные колодцы для сбросных вод с затворами («запанями») для задержки плавающих нефтепродуктов.

Мягкие щелочные, иногда горячие продувочные воды паровых котлов, испарителей, паропреобразователей после использования их выпара и теплоты, а также мягкие щелочные отмывочные воды анионитных фильтров могут служить питательной водой менее требовательных паровых котлов, а также (при отсутствии в теплофикационной системе теплообменников с латунными трубами) подпиточной водой закрытых систем теплоснабжения. При содержании в них фосфатов Na 3 P0 4 в количестве более 50 % общего солесодержания их можно использовать для стабилизационной обработки оборотной воды, а также для растворения соли с целью умягчения ее раствора содержащимися в продувочной воде щелочами и фосфатами.

При выборе способа обработки засоленных, кислых или щелочных вод после регенерации ионитных фильтров следует учитывать резкие колебания концентраций растворимых веществ в этих водах: максимальные концентрации в первых 10-20 % общего объема сбрасываемой воды (собственно отработанные растворы) и минимальные концентрации в последних 60-80% (отмывочные воды). Такие же колебания концентрации отмечаются и в отработанных растворах и отмывочных водах после химических промывок паровых и водогрейных котлов и других аппаратов.

В то время как отмывочные воды с небольшой концентрацией растворимых веществ сравнительно легко могут быть нейтрализованы (взаимно), окислены и вообще очищены от удаляемых загрязнений, очистка большого объема более концентрированной смеси отработанных растворов и отмывочных вод требует больших объемов оборудования, значительных затрат труда, средств и времени.

Отработанные щелочные растворы и отмывочные воды после регенерации анионитных фильтров (кроме первой порции раствора после фильтров 1-й степени) должны быть повторно использованы внутри ВПУ. Первая же порция направляется на нейтрализацию кислых сбросных вод ВПУ, и ТЭС.

Схема бессточной ТЭС

На рис. 13.18 в качестве примера приведена схема бессточного водоснабжения ТЭС, работающей на угле. Зола и шлак из котлов подаются на золоотвал 1. Осветленная вода 2 с золоотвала возвращается в котлы. При необходимости часть этой воды подвергается очистке на установке локальной очистки 3. Образующиеся при этом твердые отходы 4 подаются на золоотвал 1. Частично обезвоженные зола и шлак утилизируются. Возможно также сухое шлакозолоудаление, что упрощает утилизацию золы и шлака.

Дымовые газы 5 котлов проходят очистку в установке десульфуризации газов 6. Образующиеся сточные воды очищаются по технологии с использованием реагентов (извести, полиэлектролитов). Очищенная вода возвращается в систему газоочистки, а образовавшийся гипсовый шлам вывозится на переработку.

Сточные воды 7, образующиеся при химических промывках, консервации оборудования и обмывке конвективных поверхностей нагрева котлов, подаются в соответствующие установки по очистки 8, где обрабатываются с использованием реагентов по одной из описанных ранее технологий. Основная часть очищенной воды 9 используется повторно. Ванадий содержащий шлам 10 вывозится на утилизацию. Осадки 11, образовавшиеся при очистке сточных вод, вместе с частью воды подаются на золоотвал 1 либо складируются в специальных шламонакопителях. В то же время, как показал опыт работы Саранской ТЭЦ-2, при подпитке котлов дистиллятом МИУ эксплуатационная очистка котлов практически не нужна. Следовательно, сточные воды такого типа будут практически, отсутствовать либо их количество будет незначительным. Аналогичным образом утилизируется вода от консервации оборудования, либо применяются методы консервации, не сопровождающиеся образованием сточных вод. Часть этих сточных вод после обезвреживания может равномерно подаваться на ВПУ для обработки совместно с продувочными водами 12 СОО (системы оборотного охлаждения).

Исходная вода непосредственно либо после соответствующей обработки на ВПУ подается в СОО. Необходимость обработки и ее вид зависят от конкретных условий работы ТЭС, в том числе от состава исходной воды, необходимой степени ее упаривания в СОО, типа градирен и др. С целью сократить потери воды в СОО градирни могут быть оборудованы каплеуловителями либо применены полусухие или сухие градирни. Вспомогательное оборудование 13, при охлаждении которого возможно загрязнение оборотной воды нефтепродуктами и маслами, выделено в самостоятельную систему. Вода этой системы подвергается локальной очисткеот нефтепродуктов и масла в узле 14 и охлаждается в теплообменниках 15 водой 16 из основного контура СОО охлаждения конденсаторов турбин. Часть этой воды 17 используется для восполнения потерь в контуре охлаждения вспомогательного оборудования 13. Выделенные в узле 14 масло- и нефтепродукты 18 подаются на сжигание в котлы.

Часть воды 12, подогретой в теплообменниках 15, направляется на ВПУ, а ее избыток 19 - на охлаждение в градирни.

Продувочная вода 12 СОО проходит обработку на ВПУ по технологии, с использованием реагентов. Часть умягченной воды 20 подается на подпитку закрытой теплосети перед подогревателями 21 сетевой воды. При необходимости часть умягченной воды может быть возвращена в СОО. Необходимое количество умягченной воды 22 направляется в МИУ. Сюда же подаются продувки 23 котлов, а также конденсат 24 с мазутного хозяйства непосредственно либо после очистки в узле 25. Выделенные из конденсата нефтепродукты 18 сжигаются в котлах.

Пар 26 первой- ступени МИУ подается на производство и в мазутное хозяйство, а полученный дистиллят 27 поступает на подпитку котлов. Сюда же подается конденсат с производства и конденсат сетевых подогревателей 21 после обработки в конденсатоочистке (КО). Сточные воды 28 КО и блочной обессоливающей установки БОУ используются в ВПУ. Сюда же подается продувочная вода 29 МИУ для приготовления регенерационного раствора по описанной ранее технологии.

Ливневые стоки с территории ТЭС собираются в накопителе ливне стоков 30 и после локальной очистки в узле 31 также подаются в СОО либо на ВПУ. Выделенные из воды нефте- и маслопродукты 18 сжигаются в котлах. В СОО могут также подаваться грунтовые воды без или после соответствующей обработки.

При работе по описанной технологии в значительных количествах будет образовываться известковый и гипсовый шлам.

Перспективны два направления создания бессточных ТЭС:

Разработка и внедрение экономичных и экологически совершенных инновационных технологий подготовки добавочной воды парогенераторов и подпиточной воды теплосети;

Разработка и внедрение инновационных нанотехнологий максимально полной переработки и утилизации образующихся сточных вод с получением и повторным использованием в цикле станции исходных химических реагентов.

Рисунок 13. Схема ТЭС с высокими экологическими показателями

За рубежом (особенно в США) в связи с тем, что лицензия на работу электростанции выдается зачастую при условии полной бессточности, схемы водоподготовки и очистки стоков взаимоувязаны и представляют собой комбинацию мембранных методов, ионитного и термического обессоливания. Так, например, технология подготовки воды на электростанции Норт-Лейк (Техас, США) включает в себя две параллельно работающие системы: коагуляция сульфатом железа, многослойная фильтрация, далее обратный осмос, двойной ионный обмен, ионный обмен в смешанном слое или электродиализ, двойной ионный обмен, ионный обмен в смешанном слое.

Подготовка воды на ядерной станции Брайдвуд (Иллинойс, США) представляет собой коагуляцию в присутствии хлорирующего агента, известкового молока и флокулянта, фильтрацию на песчаном или активноугольном фильтрах, ультрафильтрацию, электродиализ, обратный осмос, катионообменный слой, анионообменный слой, смешанный слой.

Анализ технологий, реализуемых для переработки высокоминерализованных сточных вод на отечественных электростанциях, позволяет утверждать, что полная утилизация осуществима только путем испарения в различных типах испарительных установок. При этом получают в качестве продуктов, пригодных к дальнейшей реализации – шлам осветлителей (в основном – карбонат кальция), шлам на гипсовой основе (в основном – двухводный сульфат кальция), хлорид натрия, сульфат натрия.

На Казанской ТЭЦ-3 создан замкнутый цикл водопотребления путем комплексной переработки высокоминерализованных сточных вод термообессоливающего комплекса с получением регенерационного раствора и гипса в виде товарного продукта. При работе по этой схеме образуется избыточное количество продувочной воды испарительной установки в объеме около 1 м³/ч. Продувка представляет собой концентрированный раствор, в котором в основном содержатся катионы натрия и сульфат-ионы.

Рисунок 14. Технология переработки стоков термообессоливающего комплекса Казанской ТЭЦ-3.

1, 4 – осветлители; 2, 5 – баки осветленной воды; 3, 6 – механические фильтры; 7 – натрий-катионитовые фильтры; 8 – бак, химочищенной воды; 9 – химочищенная вода на подпитку теплосети; 10 – бак концентрата испарительной установки; 11 – бак-реактор; 12, 13 – баки различного назначения; 14 – бак осветленного раствора для регенерации (после подкисления и фильтрации) натрий-катионитовых фильтров; 15 – кристаллизатор; 16 – кристаллизатор-нейтрализатор; 17 – термохимический умягчитель; 19 – бункер; 20 – приямок; 21 – избыток продувки испарителя; 22 – фильтр с активноугольной загрузкой; 23 – электромембранная установка (ЭМУ).

Разработана инновационная нанотехнология переработки избытка продувочной воды термообессоливающего комплекса на базе электромембранной установки с получением щелочи и умягченной воды. Сущность электромембранного метода заключается в направленном переносе диссоциированных ионов (растворенных в воде солей) под влиянием электрического поля через селективно проницаемые ионообменные мембраны.

Содержание раздела

Важной задачей охраны окружающей среды является рациональное использование и охрана водных ресурсов. Сброс производственных и бытовых сточных вод необходимо производить так, чтобы не происходило загрязнение водоемов, в которых протекают процессы самоочищения. Основными из этих процессов являются: осаждение грубодисперсных веществ, окисление (минерализация) органических примесей, нейтрализация кислот и щелочей, гидролиз ионов тяжелых металлов, сопровождающейся образованием малорастворимых гидроокислов последних.

Основными факторами, влияющими на процессы самоочищения водоемов, являются: температура воды, минералогический состав примесей, концентрация кислорода, водородный показатель рН воды, концентрация вредных примесей. Наличие последних в водоемах ведет к снижению качества воды, затрудняет ее очистку и иногда делает ее непригодной для дальнейшего использования.

Особо важное влияние на процессы самоочищения оказывает кислородный режим водоема. Расход кислорода на минерализацию органических веществ (при участии бактерий) принято выражать величиной биохимической потребности кислорода (БХПК). При избыточном сбросе органических загрязнений в водоем наблюдается дефицит содержания кислорода в водоеме, в результате чего происходит загнивание органических примесей и, как следствие, ухудшение качества воды.

Водные объекты подразделяются на государственные водоемы питьевого, культурно-бытового назначения и водоемы, предназначенные для рыбоводства. В зависимости от этого устанавливаются нормы сброса сточных вод в водоемы. Допустимый сброс сточных вод определяется соотношением

\(\sum _{i=1}^{n}\frac{{c}_{i}}{{\text{ПДК}}_{i}}\le 1\) , (7.7.1)

Где c i – концентрация i -го компонента в водоеме; ПДК i - его предельно допустимая концентрация в водоеме; n - количество загрязняющих компонентов в стоках.

При сбросе сточных вод котельных предельно допустимыми концентрациями (ПДК) вредного вещества в водоеме называются его концентрации, которые при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывают каких-либо патологических изменений и заболеваний, а также не нарушают биологического оптимума в водоеме .

В настоящее время определены ПДК далеко не всех вредных веществ, сбрасываемых в водоемы, что объясняется длительностью и большими трудностями в их определении. Трудность определения ПДК связана с тем, что кроме санитарного ее величина имеет и большое экономическое значение, так как неоправданное занижение ПДК может привести к большим затратам на очистку воды.

Сброс в водоемы новых веществ, ПДК которых не определена, запрещен. В табл. 7.7.1 приведены значения ПДК в водоемах.

Для сточных вод величины ПДК не нормируются, так что необходимая степень их очистки определяется только по состоянию водоема после сброса в него сточных вод. При этом содержание вредных веществ должно соответствовать санитарным нормам в водоемах для питьевого и культурно-бытового водопользования в створе, расположенном на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования, а на непроточных водоемах - на расстоянии 1 км по обе стороны от пункта водопользования.

Для рыбохозяйственных водоемов санитарные нормы относятся к участкам в створе или ниже спуска сточных вод с учетом возможной степени их смешения от места спуска до границы рыбохозяйственного участка водоема.

Таблица 7.7.1. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в водоемах, мг/кг

При сбросе воды в черте любого населенного пункта требования, предъявляемые к составу и свойствам воды водоема, должны относиться к самим сточным водам.

При сбросе сточных вод должно быть установлено предельное количество сбрасываемых примесей (предельно допустимый выброс - ПДВ) в единицу времени, которое определяется условиями сброса, характером примесей, их количеством, режимом сброса, дебитом водоема и другими конкретными особенностями водоема и сброса. Предельно допустимые выбросы должны быть рассчитаны для конкретных условий и во многом определяют требуемую степень очистки сточных вод.

Большое значение имеет способ сброса сточных вод. При рассредоточенных сбросах сточных вод интенсивность их смешения минимальна. Наилучшие результаты дает сброс сточных вод в глубинные слои водоема через перфорированные трубы.

Сточные воды промышленных предприятий подразделяются на сильно загрязненные, которые требуют сильного разбавления при сбросе в водоем, чтобы не превысить ПДК; слабозагрязненные; условно чистые воды, которые практически не загрязняются в технологических процессах (например, вода, используемая для охлаждения оборудования); кубовые остатки и маточные растворы, являющиеся исключительно концентрированными стоками, не подлежащими очистке и направляемыми на уничтожение или утилизацию, или захораниваются на специальных полигонах; бытовые и фекальные стоки, которые направляются непосредственно на биохимическую очистку .

Котельные являются источниками следующих загрязнений: сточных вод водоподготовительных установок; сточных вод, загрязненных нефтепродуктами; сточных вод, образующихся после смыва поверхностей нагрева котлов, работающих на мазуте; сточных вод после химической очистки и расконсервации оборудования; сточных вод систем гидрозолоудаления; коммунально-бытовых вод.

В промышленно-отопительных котельных чаще применяется такой метод водоподготовки, как Na-катионирование. Сточные воды водоподготовительных установок (ВПУ) условно подразделяются на солесодержащие и пресные. Первые составляют 3,5 %, вторые - 7 % общего количества обработанной воды. Пресные воды образуются при промывании осветлителей и осветлительных фильтров. Эти воды являются высокощелочными (рН = 11,5). Вследствие этого сброс их у поверхности водоемов не допускается, поскольку в водоемах рН = 6,5 – 8,5, а содержание взвешенных веществ не должно превышать 0,75 мг/кг воды.

Схема очистки пресных сточных вод ВПУ проста. Стоки направляются в шламонакопители, в которых происходит их отстаивание. Рекомендуется иметь два таких резервуара. В одном из них происходит отстаивание, другой при этом заполняется стоками. Вместимость каждого из них должна обеспечивать отстаивание стоков в течение не менее 1 – 2 часов. После отстаивания вода равномерно подается в осветлитель. Шлам, накопившийся в отстойниках, содержит 92 – 95 % карбонатов кальция, влажность шлама после шламонакопителя составляет 97 – 98 %. С помощью шламовых насосов он подается на фильтр-прессы, в которых его влажность снижается до 46 – 60 %. После фильтр-прессов он не является вредным и может складироваться под открытым небом и использоваться для приготовления известкового молока. Вода после фильтр-прессов подается в осветлителели. Таким образом, сточные воды осветлителей и осветлительных фильтров могут быть полностью утилизированы в водоподготовительных установках.

Наиболее эффективным способом обезвреживания сточных вод Na-катионитных фильтров является умягчение стоков известковым молоком с выпадением в осадок гидрата окислов магния и последующего их выпаривания в трубчатых выпарных аппаратах или в аппаратах мгновенного испарения, далее – в роторных выпарных аппаратах и обезвоживания в центрифугах. В результате такой обработки образуются товарные продукты: кристаллический хлористый натрий, возвращаемый в водоподготовительную установку; жидкий 40%-й раствор хлористого кальция (потребитель – холодильная промышленность) и гидрат окиси магния, который может быть использован при производстве строительных материалов.

Заслуживает внимания выпаривание солесодержащих стоков в аппаратах с погружными горелками и в барботажных выпарных аппаратах. В последних могут быть использованы высокотемпературные уходящие газы. В таких аппаратах выпаривание стоков может осуществляться до превращения их в сухой остаток с содержанием солей 800 – 1000 кг/м 3 .

Сооружение выпарных установок в котельных с котлами низкого давления экономически не оправдано. В таком случае оправдывают себя методы и схемы водоподготовки, позволяющие снизить содержание вредных примесей в стоках (см. п. 3.18.2).

Для очистки сточных вод от нефтепродуктов применяются методы отстаивания, флотации и фильтрации. В основе метода отстаивания лежит принцип выделения нефтепродуктов под действием разности плотностей частиц нефтепродуктов и воды. Отстаивание нефтепродуктов осуществляется в специальных нефтеловушках (рис. 7.7.1). Сточная вода 1, поступающая в приемную камеру 3, проходит затем под заглубленной перегородкой 5, попадает в отстойную камеру 4, в которой происходит разделение нефтепродуктов и воды. Очищенная вода проходит под следующей заглубленной перегородкой 5 и отводится из нефтеловушки по трубопроводу 7. Частички нефтепродуктов всплывают вверх, образуя пленку 2, и выводятся из нефтеловушки с помощью скребков по нефтезаборным трубам 6. Всплывание нефтепродуктов происходит при температуре воды около 40 о С, а при 30 о С нефтепродукты оседают в нефтеловушке. Плотность высоковязких крекинг-остатков превышает плотность воды при любой температуре, и поэтому они не могут всплывать на поверхность воды. При отстаивании капли нефтепродуктов всплывают с малой скоростью.

Рис. 7.7.1. Схема нефтеловушки

Интенсификация процесса разделения воды и нефтепродуктов достигается при флотации сточных вод, сопровождающейся удалением из воды частичек нефтепродуктов с пузырьками воздуха, всплывающими в воде и к поверхности которых частички нефтепродуктов прилипают под действием сил поверхностного натяжения. Скорость всплывания пузырьков воздуха в воде превышает скорость всплывания частичек нефтепродуктов в 10 2 – 10 3 раз. Различают напорную и безнапорную флотацию.

При напорной флотации сточные воды 1 (рис. 7.7.2) поступают в камеру 2, из которой насосом 5 подаются в специальную напорную емкость 6 по трубопроводу 3 насосом 5. В трубопровод 3, до насоса, закачивается воздух 4 под избыточным давлением 0,5 МПа. Водо-воздушная смесь из емкости 6 поступает во флотационную камеру 7, в которой происходит сброс давления, в результате чего из воды выделяются пузырьки воздуха и всплывают вверх, образуя пену на поверхности воды с повышенным содержанием нефтепродуктов. Пена собирается в пеносборнике 8, а очищенная вода отводится из флотационной камеры.

Рис.7.7.2. Схема установки для напорной флотации сточной воды

При безнапорной флотации пузырьки воздуха образуются в процессе барботажа. Воздух подается в воду через перфорированную трубу, расположенную у дна флотационной камеры.

Фильтрация сточных вод осуществляется на заключительной стадии их очистки. Процесс основан на эффекте прилипания эмульгированных частичек нефтепродуктов к поверхности зерен фильтрующего материала. В качестве последнего используется кварцевый песок, антрацит или сульфоуголь, отработанный в Na-катонитовых фильтрах. Регенерацию насыпных фильтров рекомендуется проводить перегретым паром. В результате происходит разогрев нефтепродуктов, и они удаляются под давлением из засыпки. Затраты пара на регенерацию в пересчете на конденсат не больше двух объемов фильтрующего слоя. Конденсат, загрязненный нефтепродуктами, подается в нефтеловушки или флотаторы.

Каждый из методов очистки сточных вод от нефтепродуктов наиболее эффективен в определенном диапазоне дисперсного состава нефтепродуктов. Нефтеловушки эффективно улавливают частицы большого размера, флотаторы – более мелкие частицы. Самые мелкие частицы удаляются из сточных вод фильтрованием. Степень очистки воды по такой схеме выше 95 % и слабо зависит от начальной концентрации нефтепродуктов в сточной воде. Очищенная вода чаще всего подмешивается к свежей воде, направляемой на химводоочистку.

Воды после обмывки наружных поверхностей теплообмена котлов, работающих на мазуте, являются кислыми (рН = 1 – 3) и содержат грубодисперсные твердые вещества (окислы железа, кремниевую кислоту, нерастворившиеся частицы золы), которые легко удаляются при отстаивании, а также примеси в виде слабых растворов (разбавленную серную кислоту, сульфат железа, соединения ванадия, никеля, меди и др.). Для этих вод целесообразно наряду с очисткой обеспечить выделение таких ценных продуктов, как ванадий и никель.

Одним из способов очистки сточных вод после обмывки оборудования является их нейтрализация в баках-нейтрализаторах щелочными растворами (например, гидроксидом натрия) до состояния выпадения вредных примесей в осадок и последующего его извлечения из воды. Осветленная вода используется повторно на обмывку поверхностей нагрева котлов, а шлам подается на обезвоживание в пресс-фильтрах.

Для очистки котлов от накипи и отложений проводится химическая промывка. Содержание примесей в сточных водах после химической промывки зависит от технологической схемы промывки и типа котла. 70 – 90 % загрязнений составляют реагенты, используемые при промывке. Для приема этих стоков предназначены бассейны-отстойники, рассчитанные на весь объем воды, сбрасываемой в бассейны после трехкратного ее разбавления. В бассейнах происходит частичная нейтрализация кислых и щелочных стоков. Затем вода подается в баки-нейтрализаторы, в которых происходит выделение вредных примесей после обработки стоков известью или другими реагентами. Осевший шлам направляется в шламоотвалы, а осветленная вода после подкисления до рН = 7,5 – 8,5 поступает на биохимическую очистку.

Сточные воды после гидравлического золошлакоудаления из котельных, работающих на твердом топливе, образуются при транспортировании золы и шлака технической водой на золошлакоотвалы. При прямоточной системе золошлакоудаления в водоемы сбрасываются все примеси в растворенном состоянии и в грубодисперсной форме, которые не успели осесть в золошлакоотвалах. При оборотной схеме гидравлического золошлакоудаления часть вредных примесей может быть задержана в результате фильтрации через золошлакоотвалы.

К наиболее важным показателям качества осветленной воды являются щелочность, содержание сульфатов, а также концентрация вредных примесей. Первые два показателя показывают возможность появления отложений в оборотной системе золошлакоудаления, что свидетельствует о возможности ухудшения состояния водоема.

Значение водородного показателя рН для водоемов после сброса в них сточных вод после гидрозолошлакоудаления не должно превышать 6,5 – 8,5, а концентрация вредных веществ не должна быть выше предельно допустимых концентраций, что достигается соответствующим подбором соотношения расходов воды и золы, а также поддержанием необходимого значения рН.

ОПИСАНИЕ изовркткния ""8 2728

Союз Советских

Социалистических

Государственный комитет

СССР по деяам изобретений н открытий

В. В. Шищенко (71) Заявитель

Ставропольский политехнический институ (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

ПРОМЫШЛЕННЫХ КОТЕЛЬНЫХ

Изобретение относится к очистке минерализованных природных и сточных вод и может быть использовано для регенерации сточных вод натрийкатионитных фильтров и продувочных вод парогенераторов, работающих на. натрий-катионированной воде.

Известен способ восстановления и повторного использования регенерационных растворов натрий-катионитных фильтров путем их реагентного умягчения (13.. Недостатком известного способа является расход кальцинированной со- 15 ды и едкого натра для умягчения отработанного раствора, а также необходимость добавления свежего раствора хлористого натрия. Кроме того, часть промывочной води, имеющей по- 20 вышенную минерализацию и жесткость, сбрасывают после использования для взрыхления фильтров.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому резупьтату является способ обессоливания природных и сточных вод, включающий термическое умягчение и упаривание.в многоступенчатой выпарной установке L2$ . 30

Недостатком данного способа является низкая температура воды перед термическим умягчением и значительный объем воды, отводимой на терелическое уьлгчение 50-50% ° При этом размеры и стоимость узла термического умягчения, а также расход пара на осуществление этого процесса с

Поставленная цель достигается тем, что сточные воды подвергают термическоелу умягчени о и упариванию в глногоступенчатои выпарной установке, причем продувочную воду промышленных парогенераторов упаривают до солесодержания 100-150 г j кг в начальных ступенях этой установки, а сточные воды натрий-катионитовых фильтров упаривают до такого же солесодержания в конечных ступенях этой же установки, полученные концентриро.ванные растворы смешиваот., нагревают

Рассол после концентрирования мг-экв/кг

Состав воды

Бикарбонат

Карбонат

Сухой остаток, г/кг

Количество воды т/ч

18 до 130-170 С, отцеляют от выпавшего сульфата кальция, умягченную смесь охлаждают дросселированием до 900 I

100 С, отделяют гидроокись магния и фильтрат направляют на регенерацию натрий-каЧионитных фильтров. При этом в смесь концентрированных растворов перед термическим умягчением вводят известь до остаточного со,цержания магния 1-5 мг-экв / кг и.сульфат натрия до эквивалентной концентрации кальция.

На чертеже приведена схема установки, работающей по предлагаемому способу.

Установка включает трубопровод продувочной воды 1, паропровод 2, испарители 3 и 4, трубопровод 5 солевого концентрата, термоумягчитель 6, трубопровод 7 сточных вод, теплообменник 8, испарители 9 и 10, конденсатор 11, расширители 12 трубопровод дистиллята 13, трубойровод концентрата солей 14, трубопровод 15, паропровод 16, трубопроводы 17 и 18, расширитель 19, осветлитель 20, трубопроводы 21 и 22.

Продувочную воду и пар соответственно,по трубопроводу 1 и паропроводу 2 подают в испаритель 3, а затем в последующие ступени выпарной установки. В испарителе 4 солесодержание концентрата доводят до 100150 г / кг и подают по трубопроводу

5 в термоумягчитель 6. Сточные воды натрий-катионитных Фильтров по трубопроводу 7 направляют в теплообменники 8 и.подают в испаритель 9, пропускают последовательно через ряд, ступеней выпарки и доупаривают в испарителе 10 до концентрации солей

100-150 г / кг. Дистиллят из конденсатора 11 и расширителей 12 подают потребителю по трубопроводу 13, а концентрат - по трубопроводу 14 для смешения с концентратом, подаваемым по трубопроводу 5, и реагентами, по-. даваемыми по трубопроводу 15. Концен.траты нагревают до 130-170 С за счет смешения с паром, подаваемым по паропроводу 16.

В результате смешения двух потоков и их нагрева происходит образование кристаллов сульфата кальция и гидроокиси магния. Сульфат кальция, как более тяжелый, отделяют в термоумягчителе б и периодически выпускают по трубопроводу 17, а умягчен15 ную воду вместе с гидроокисью магния по трубопроводу 18 направляют в расширитель 19 для охлаждения до

100 С и затем подают в осветлитель

20, где отделяют от гидроокиси магния

2О и подают по трубопроводу 21 íà регенерацию фильтратов. Гидроокись магния. после уплотнения удаляют по трубопроводу 22.

Пример. Сточные воды промышленных котельных подвергают термическому умягчению и упариванию в многоступенчатой выпарной установке.

Сточная вода натрий-катионитных фильтров { в количестве 18 т / ч)подверЗО гается упариванию в 8,5 раза, а продувочная вода парогенераторов

25,5 т / ч в 23 раза.

Состав сточных вод натрий-Катио35 нитных фильтров и продувочной воды парогенераторов до и после упаривания и состав рассола после концентрирования представлены в таблице.

Формула изобретения

Заказ 674/26

007 Подписное

ППП "Патент", од,ул.Проектная,4

После смешения двух упаренных потоков и нагрева их до 160"..С происхо1дит осаждение сульфата и карбоната кальция и гидроокиси магния. С учетом разбавления обрабатываемой воды конденсатом греющего пара и после,дующего концентрирования при дросселировании образуется 3,3 т / ч рассола, который соответствует составу регенерационного раствора натрийкатионитных фильтров, полученному при растворении технической поваренной соли °

По сравнению с обессоливанием, осуществленным по известному способу, в предлагаемом способе количество воды, подвергаемой термическому умягчению, уменьшается в 7-10 раз с соответствующим уменьшением габаритов и стоимости термоумягчителей, прекращается сброс загрязненных стоков, отсутствуют концентраты, подлежащие полной сушке, и получается раствор для регенерации натрий-катионитных фильтров. Раздельное осаждение осадков упрощает их полезное использование.

Способ позволяет создать замкнутую систему водоснабжения промышленных кОтельных и и лучить эконо мию в размере 8 к / м обрабатываемых стоков.

Способ очистки сточных вод проыжленных котельных, включающий термическое умягчение и упаривание в многоступенчатой выпарной установке, отличающийся тем, что, с целью утилизации получаемых солей и повышения экономичности процесса; продувочную воду промышленных парогенераторов упаривают до солесодержания 100-150 r / кг в начальных ступенях этой установки, а сточные воды натрий-катионитных фильтров упаривают отдельно до такого же солесодержания в конечных ступенях этой же установки, полученные концентрированные растворы смешивают, нагревают до 130-170 С, отделяют от выпавшего сульфата кальция,.затем умягчен15 ную смесь охлаждают дросселированием до 90-100 С, отделяют гидроокись.магния и фильтрат направляют на регенерацию натрий-катионитных фильтров.

В настоящее время на всех тепловых электростанциях и котельных сбрасывается в водоемы значительное количество дренажных вод. Количество этих вод дости­гает 10% от количества воды, подготавливаемой для нужд ТЭС.

По происхождению стоки ТЭС и котельных делятся на четыре категории: стоки из технологических циклов; стоки ХВО при подготовке воды на восполнение потерь; ливневые и паводковые стоки; хозяйственно-бытовые стоки. Стоки из технологических циклов существующих ТЭС и котельных исторически сложились по следующим причинам:

1. Действовавшие в то время «Нормы проектирования» предусматривали понятие «условно чистые стоки», что позволяло проектировщикам с «чистой совестью» проектировать сброс в водоемы следующих стоков: непрерывной и периодической продувки котлов, испарителей; ливневых и паводковых стоков; разовых неорганизованных протечек от оборудования и трубопроводов; охлаждения подшипников основных и вспомогательных механизмов; продувки системы охлаждения в градирнях; опорожнения оборудования, баков, трубопроводов; сальниковых протечек, вращающихся механизмов. В эти стоки организованно ничего не подмешивалось, но при малейших отклонениях в работе оборудования качество этих вод обязательно ухудшается.

2. Ошибочно считалось, что можно построить всемогущие очистные сооружения, которые обеспечат должное качество сбрасываемых вод или возврат их в цикл. Поэтому часть производственных стоков сбрасывалось в канализацию. Это были нейтрализованные воды кислотных очисток оборудования и сбросы после гидроуборки помещений и оборудования основных производственных цехов. Другая часть, замасленные стоки из разных схем, направлялась в общестанционную нефтеловушку для очистки от примесей мазута и масла. Туда направляли отмывочные воды фильтров очистки замасленного конденсата, возможные протечки мазута, масла от технологического оборудования, пропарку перед ремонтом мазутопроводов, маслопроводов, воды обмывки наружных поверхностей нагрева перед ремонтами.

При этом потоки с разными концентрациями нефтепродуктов (1-50)% вначале смешивались с получением смеси концентрацией до 5%, затем технология очистки снова требовала концентрирования, чтобы эффективнее отделить мазут и масло.

После очистных сооружений разного назначения сбросы смешиваются с «условно чистыми» - и на сбросе в водоем получается (в среднем по больнице) не страшно. Но когда знаешь, что все полученные за год станцией реагенты (соль, щелочь, кислота, известь и т.д.) в конечном счете, в растворенном виде сброшены в водоемы, становится понятно, как мы обманываем самих себя.

В 80-х годах пришло осознание абсурдности таких решений, и появились сложности согласования с инспектирующими органами по охране природы.

Проектные организации совместно с дирекциями строящихся ТЭЦ были вынуждены разрабатывать нетрадиционные решения по сокращению влияния сбросов от ТЭЦ и котельных.

При таком содружестве на многих проектируемых и строящихся объектах в то время были выработаны решения, которые укладываются в следующие концепции :

Каждый сброс должен очищаться и возвращаться в ту же схему и с тем же качеством, из которой он образовался;

Восстановление качества стоков или их исключение должно осуществляться с помощью термических технологий;

Надо применять технологии, исключающие возможность смешения или перетока разных сред, если появляется брешь в разделяющих поверхностях;

Стоки каждой функциональной схемы должны очищаться и возвращаться в цикл персоналом, обслуживающим эту схему.

С этими положениями оказалось, что практически все стоки можно исключить. Ниже приводятся основные решения (фактически их значительно больше), которые позволяют обеспечить существенное снижение объемов сточных вод энергетического производства:

1. Испарители для непрерывной и периодической продувки;

2. Сбор химически очищенной или обессоленной воды пробоотборников, протечек сальников;

3. Отпуск пара производственным потребителям через паропреобразователи;

4. Использование для мазутного хозяйства вторичного пара после индивидуальных паропреобразователей, либо установка подогревателей с двойными поверхностями нагрева;

5. Разделение схемы охлаждения конденсаторов и охлаждения механизмов на гидравлически независимые схемы, что позволяет исключить возможность попадания в систему охлаждения конденсаторов любых примесей. То есть в продувке системы будут только естественные соли в концентрированном виде, которые в водоем можно сбрасывать рассеянным выпуском;

6. Переход от химических методов очистки подпиточной воды теплосети на коррекционную обработку подпиточной воды с ингиби-торами (ИОМС, ОДФ и др.). Для этого иногда требуется устройство второго контура циркуляции для водогрейных котлов;

7. Реконструкция или замена атмосферных деаэраторов подпиточной воды на деаэраторы двойного действия (ДНД);

8. Замена сальниковых уплотнений на торцевые;

9. Установка разделительных перегородок между подшипниками и сальниками;

10. Замкнутая схема кислотной про-мывки с нейтрализацией, отстоем и сохранением до очередных промывок. Альтернативной заменой является парокислородная очистка котлов и гидромеханическая промывка конденсаторов и подогревателей;

11. Разделение контуров пробоотборных точек;

12. Сбор ливневых и паводковых вод для последующего использования;

13. Устройство оборотных схем гидроуборки;

14. Сжигание концентрированных мазутных и масляных стоков в топках котлов;

15. Организация сухого складирования золы.

Организация работы и ответственность по очистке и возврату стоков в соответствующие схемы персоналом, оперативно управляющим этими схемами, побуждает персонал исключать необоснованное количество сбросов. Тем самым количество стоков и конечное качество теплоносителя контролируется одним персоналом.

Самым сложным оказался вопрос психологической перестройки персонала основных цехов. Часто можно слышать, что не его дело заниматься очисткой сбросов от турбин и котлов. Парадокс: испарители, деаэраторы, БОУ эксплуатируют одни, а за качество воды отвечают другие. В то же время результаты плохого качества воды (свищи, отложения, пережоги) «разгребают» те же технологи.

Неся ответственность за конечное качество теплоносителя в той или иной схеме, регенерация стоков переходит в разряд основных обязанностей. Тем более это осуществляется термическим способом, что ближе персоналу основных цехов, чем ХВО (химическая водоочистка). Если осознать и принять это, то все остальное - дело техники.

Стоки при подготовке воды на их восполнение в ХВО

При выполнении мероприятий по возврату сбросов во всех функциональных схемах и в каждом цехе, необходимости в постоянно действующей общей ХВО для восполнения потерь теоретически нет. Для непредвиденных ситуаций могут предусматриваться «фильтры обратного осмоса» ограниченной производительности. Соответственно сбросы этой категории должны утилизироваться термическим способом.

В случае деаэрации подпиточной воды для открытого горячего водоразбора в ДНД даже для аварийного случая химическая водоочистка не потребуется. С одной тысячи тонн в час деаэрируемой воды в ДНД получается 50 тонн в час обессоленной.

Ливневые и паводковые воды

Появление этих вод носит периодический характер. Поэтому вопрос утилизации заключается в сборе и отстое этих вод. Затем они используются для поливов, обеспыливания топливоподач, подпитки оборотных схем охлаждения и в качестве исходной воды для подготовки восполнения утечек функциональных схем.

Производственно-хозяйственные стоки

Согласованные сбросы производственных стоков на хозфекальные очистные сооружения от минерализации не очищают, зато увеличивают диаметры систем канализации и производительность очистных сооружений. Минерализованные воды просто разбавляются и сбрасываются в водоемы. В целом экономически такой способ утилизации стоков менее выгоден, чем возврат их в цикл через локальную очистку.

Все сказанное выше на первый взгляд многим может показаться декларативным и неосуществимым. Но можно сравнить, как это мы привыкли делать, с зарубежными аналогами: там такой подход используется уже давно.

Автор этих строк непосредственно участвовал в разработке таких решений, многие из них осуществил на практике и готов подтвердить их реализацию примерами. Не будет лишним повторить, что решая экологические проблемы таким путем, мы одновременно повышаем надежность, качество и экономичность подготовки воды. В этом каждый может убедиться самостоятельно. При сравнении надо исходить из того, что решения всех вопросов должны быть комплексными.

Для реализации бессточных (малосточных) схем требуется только экологическая перезагрузка сознания обслуживающего персонала и проектировщиков.

Владимир Шлапаков , экс-директор невского филиала ОАО «ВНИПИэнергопром»

фото Олега Никитина

ДДН-1000/40 (Набережночелнинская ТЭЦ)

Евгений Спицын, Коммерческий директор ООО «ЭКОТЕХ»:

Считаю некорректной формулировку пункта 7 как «Реконструкция или замена атмосферных деаэраторов подпиточной воды на деаэраторы двойного действия (ДНД)». Дело в том, что в настоящее время разработана и защищена патентами РФ только одна технология двойного назначения, которая подразумевает деаэрирование большого объема (550-1000 т/ч) подпиточной воды теплосети и одновременную выработку обессоленной воды пригодной для питания котлов высокого давления в количестве до 30-60 т/ч в рамках одного аппарата. Данная технология и конструкция аппарата разработана Петиным Владимиром Сергеевичем и защищена патентами РФ. На основании лицензионного соглашения, на эксклюзивных правах принадлежит компании «ЭКОТЕХ» и называется Деаэратор Двойного Назначения (ДДН ЭКОТЕХ). Кроме того, деаэраторы двойного назначения ДДН ЭКОТЕХ внедрены на Набережночелнинской ТЭЦ компанией ЭКОТЕХ всего в двух экземплярах (опытный ДДН-800/30 и промышленный ДДН-1000/40).