Оборудования для контроля сточных вод у тэц. Лекции по курсу: «Природоохранные технологии в промышленной теплоэнергетике» (2)

Сточные воды от разных источников очищают соответствующими методами.

· От систем охлаждения теплоэнергетического

оборудования

Применяют оборотные системы охлаждения: с градирнями,

с брызгальными устройствами, с прудом-охладителем. С внедрением оборотных систем охлаждения происходит ухудшение качества воды в процессе испарения и капельного уноса, которое существенно ухудшает технико-экономические показатели работы теплоэнергетического оборудования.

Для борьбы с биологическими обрастаниями и минеральными отложениями в трубках конденсаторов используют следующие методы: механические (резиновые шарики, циркулирующие в трубках конденсаторов); электромагнитную обработку воды; химические (подкисление, декарбонизация, обработка фосфатами – ОЭДФК, хлором и т.д.).

Применяют метод поддержания оптимального солевого баланса в системе, направляя продувочные воды градирен на ВПУ для подготовки подпиточной воды теплосети (этот вариант применен на многих ТЭЦ).

К биологическим методам борьбы относится, в частности, разведение растительноядных рыб в водоемах (в системе с прудами-охладителями). Если в системы охлаждения не производится сбросов других видов сточных вод, то практически с химической стороны они не угрожают водоемам. Однако следует сказать, что в системы охлаждения обычно включаются также и маслоохладители турбин, что часто приводит к перетоку масла в охлаждающую воду, которое затем попадает в водоемы. В последнее время используют надежные пластинчатые маслоохладители, снявшие и эту проблему.

· От водоподготовок и конденсатоочисток

С экономической точки зрения, основным направлением по сокращению количества сбрасываемых солей с установок ВПУ является применение современных технологий обработки воды со сниженными расходами реагентов.

При обработке стоков ВПУ следует различать две группы сточных вод: сбросы с установок предочистки и сбросы с установок обессоливания.

Методы предочистки органично входят в существующие схемы ВПУ и должны сохранять свое значение и в ближайшей перспективе. Важным преимуществом предочистки перед другими методами, с точки зрения охраны водоемов, является то, что сбрасываемые примеси находятся в воде в виде осадков. Это значительно упрощает их отделение от воды.

Наиболее предпочтительны схемы обработки продувочной воды осветлителями, при использовании которых осветленная продувочная вода может быть возвращена обратно в ВПУ. С точки зрения уменьшения габаритов площадей, занятых под установку нейтрализации и утилизации шлама, наиболее интересна схема с возвратом продувочной воды в ВПУ без ее нейтрализации и с обезвоживанием шлама на пресс-фильтрах или барабанно-вакуумных фильтрах. При этом на ВПУ может быть возвращено максимально возможное из всех вариантов количество осветленной воды, а следовательно, возможные расходы реагентов на предочистке и количество сбрасываемых примесей (в частности, в виде шлама) будут минимальны. В этом случае также существенно сокращаются площади, необходимые для организации шламоотвала. В России в свое время проводили опытно-промышленные испытания по обжигу шлама осветлителей в аппаратах погружного горения и получению из него вновь извести, которую можно опять использовать в схеме ВПУ. Широкого применения этот метод не нашел из экономических соображений. В настоящее время, как правило, продувочные воды подвергают отстою, после чего осветленная вода возвращается в цикл, а концентрированный шлам с частью воды направляется через систему ГЗУ на золоотвал.

Если не считать некоторого количества грубодисперсных примесей, поступающих в сточные воды с обессоливающей части ВПУ при взрыхлении фильтров, эти воды представляют собой истинные растворы солей, что в значительной мере затрудняет задачу их обработки. Это относится и к продувочным водам испарителей и паропреобразователей.

В настоящее время такие сточные воды в зависимости от местных условий рекомендуется направлять: 1) в водоемы с соблюдением санитарно-гигиенических и рыбохозяйственных требований к качеству воды водоема в расчетном растворе; 2) в систему гидрозолоудаления с использованием на нужды гидротранспорта и золы и шлама; 3) в пруды-испарители при благоприятных климатических условиях; 4) на выпарные установки; 5) в подземные водоносные горизонты, не пригодные для хозяйственных целей и надежно изолированные от подземных вод, используемых для водоснабжения. Промывочные воды электромагнитных фильтров сбрасываются в золо- и шламоотвалы.

При сбросе сточных вод ВПУ следует учитывать их резкопеременный расход и значительные колебания значений рН. Поэтому рекомендуется собирать сточные воды ВПУ в специальные баки-усреднители. Емкость таких баков надо выбирать с учетом циклов регенераций фильтров. При сбросе сточных вод ВПУ в системе гидрозолоудаления (ГЗУ) эти воды не должны изменять состав воды, циркулирующей в системе, т.е. не приводить к появлению отложений.

Однако наибольшее распространение получил процесс нейтрализации известковым молоком, так как в этом случае не столь резко повышается солесодержание, как при применении других реагентов. Объясняется это тем, что нейтрализация известью сопровождается образованием осадка, который может быть выведен из воды.

Технологический процесс нейтрализации состоит в заполнении баков-нейтрализаторов кислыми и щелочными водами, подаче определенного количества нейтрализующего реагента и перемешивания жидкости в баке до установления постоянного значения рН нейтрализованной воды.

Для снижения выбросов на ВПУ повторно используют взрыхляющие, регенерационные и промывочные воды. Однако существенно сократить сбросы можно лишь в случае применения современных технологий обработки воды (противоточные и двухпоточно-противоточные схемы ионирования), которые позволяют снизить расход реагентов (кислоты и щелочи) до 1,5 стехиометрий по отношению к количеству задержанных солей. Эти технологии в различных модификациях широко и давно применяются за рубежом и все большее применение находят и в России. Обессоливающая установка по данной технологии длительное время находится в эксплуатации на Волжской ТЭЦ-2, при этом удельные расходы реагентов составляют 1,7…1,8 г-экв./ г-экв.

Значительно отличаются от химического обессоливания мембранные технологии обессоливания воды (электродиализ и обратный осмос). В этом случае обессоливание происходит практически без применения реагентов, только за счет ионообменных мембран, т.е. в природу возвращают то же количество солей, которое было взято из нее с водой, но только в более концентрированном виде (в меньшем количестве воды). Необходимо иметь в виду, что мембранные технологии очистки воды экономически целесообразны, как правило, при низком качестве исходной воды в 2…4 раза худшем, чем средняя вода. Установка обратного осмоса (УОО) производительностью 50 м3/ч находится в эксплуатации на Воронежской ТЭЦ. Предварительная очистка воды перед подачей ее на УОО осуществляется на предочистке (коагуляция с известкованием и очистка от взвешенных на механических фильтрах) и последующем умягчении на Na-катионных фильтрах. Одноступенчатая электродиализная установка (УЭО-100-4/25) производительностью 100 м3/ч позволила, например, снизить содержание солей в воде на 75 \%. Принципиальная схема ХВО на базе электродиализных установок строится по принципу: предочистка; доочистка на фильтрах тонкой очистки; обессоливание на электродиализных установках; доочистка на ионообменных фильтрах и ФСД.

Широкое применение в энергетике (как в России, так и за рубежом) нашел метод подготовки добавочной воды паровых котлов с использованием испарителей. Наиболее перспективными и оптимальными с экономической точки зрения являются испарители мгновенного вскипания (ИМВ). Перед подачей воды на испарители необходима такая же предварительная очистка, как и для УОО.

Применяемый в настоящее время практически на всех российских электростанциях с прямоточными котлами кислородный водно-химический режим позволяет увеличить фильтроцикл фильтров конденсатоочистки (БОУ) в 3…5 раз, снижая тем самым сбросы в окружающую среду в такое же количество раз.

· от нефтепродуктов

Отстаивание – наиболее распространенный метод выделения нефтепродуктов из сточных вод различных предприятий. Главные причины этого – самопроизвольность, экономичность процесса и кажущаяся очевидной простота расчета и проектирования отстойных сооружений.

Флотация дисперсных частиц из сточных вод основана на способности их закрепляться на погруженной в воду гидрофобной поверхности. В качестве такой поверхности обычно используют поверхность пузырьков газа, которым до этого насыщают обрабатываемую жидкость. Всплывающие или образующиеся в объеме жидкости пузырьки захватывают частицы и транспортируют их к поверхности, откуда частицы удаляют в виде концентрата.

Насыщение воды воздухом в установках напорной флотации производят растворением его под давлением в напорных резервуарах. Сточную воду забирают насосом из накопительного резервуара и подают в напорный бак. На линии рециркуляции воды из напорного патрубка насоса во всасывающий патрубок установлен воздушный эжектор, подающий воздух в объеме 3…5\%-го расхода воды через насос. Сжатая в насосе паровоздушная смесь выдерживается в напорном резервуаре в течение 3…5 мин, после чего через дросселирующую арматуру подается во флотоотстойник, где пузырьки, проходя через слой воды, флотируют частицы нефтепродуктов.

Средняя эффективность очистки воды по схеме напорной флотации в таких флотоотстойниках при давлении в напорном резервуаре 4,0…4,5 кгс/см2 и с применением коагуляции составляет около 88 \%.

Фильтрование обычно используют на заключительных стадиях очистки сточных вод и на этом основании его часто относят к методам доочистки. Однако метод фильтрования может быть с успехом использован и в качестве основного, если концентрация нефтепродуктов в сточных водах, подаваемых на очистку, не превышает 10…20 мг/дм3.

Процесс фильтрования сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, основан на адгезии (прилипании) эмульгированных капель нефтепродуктов к поверхности зерен фильтрующего материала. В общем случае процесс фильтрования определяется множеством технологических параметров, в первую очередь свойствами пористой и фильтруемой сред, гидродинамическими режимами процесса и температурой.

При фильтровании частицы масла улавливаются слоем, заполняя часть объема пор и насыщая этот объем. Увеличение насыщения приводит к тому, что фильтрующий материал не в состоянии удержать захваченное масло и оно в виде пленки стекает по стенкам канала слоя в направлении потока. В какой-то момент времени в сечении слоя устанавливается равновесие между количеством масла, выделяющегося из потока на поверхность слоя, и количеством масла, стекающего из этого объема в виде пленки в более глубокие слои. При этом концентрация достигает критического значения, которое можно считать максимальным насыщением слоя маслом при данных условиях проведения процесса фильтрования. С течением времени фронт максимальной насыщенности сдвигается к нижней границе слоя и концентрация масла в фильтрате увеличивается. Это служит сигналом к отключению фильтра на регенерацию, если он не отключается по перепаду давления воды.

В схемах очистных сооружений тепловых электростанций в более или менее полном объеме представлены описанные выше методы очистки воды от нефтепродуктов. Загрязненные нефтепродуктами сточные воды собираются в усреднительный бак, рассчиты-ваемый обычно на двухчасовую производительность сооружений.

В баке происходит первичное отстаивание грубодисперсных нефтепродуктов и тонущих примесей (песка, продуктов коррозии и др.). Удаление всплывших нефтепродуктов производят через воронку, устанавливаемую на поплавке, а осевших примесей – через патрубок в нижней части бака. После первичного отстоя сточные воды направляются в нефтеловушку. Очищенная в нефтеловушке вода сливается в промежуточный бак и насосом подается в установку напорной флотации, после которой подвергается очистке в двух степенях фильтрования. Обычно в качестве первой ступени используют фильтры, загруженные антрацитом. Во второй ступени очистку производят на фильтрах активированного угля. Отмывку загрязненных фильтров производят горячей водой со сбросом ее в усреднительный бак.

Емкость поглощения нефтепродуктов, г/г, для различных марок активированных углей в среднем составляет: АГ-5 – 0,15; АГ-3 – 0,08; АП-3 – 0,06; БАУ – 0,04; березовский – 0,03. Как видно, наибольшей емкостью обладает уголь марки АГ-5, емкость же остальных намного ниже и примерно одного порядка. Учитывая дефицит активированных углей и их высокую стоимость, ведут поиски других сорбентов. В настоящее время взамен активированного угля предлагается биоадсорбент С-верад, не уступающий ему по емкости поглощения и в несколько раз дешевле. Поскольку С-верад иммобилизует бактерии, перерабатывающие нефтепродукты в активный ил, через определенное время в отработанном адсорбенте нефти не остается, поэтому проблем с его утилизацией не возникает.

При применении реагентной флотации сооружения дополняются реагентным хозяйством (коагулянтом), аналогичным химводоочисткам. Подачу коагулянта производят перед флотоотстойником (в энергетике схемы с применением коагулянта не нашли широкого применения из-за отсутствия существенного эффекта в его применении). Выделенные в установках сооружений нефтепродукты и осадок собирают в специальные баки, откуда перекачиваются насосами на обезвреживание (сжигание, захоронение).

Оптимальным типом сооружений как с точки зрения экономики, так и с учетом получаемого качества очистки являются: отстой, флотация, механические фильтры и фильтры активированного угля, регенерируемые паром – все аппараты выполняются из металла в наземном исполнении. Эта схема позволяет получить качество очищенной воды не более 1 мг/дм3 , при нефтесодержании подаваемой на очистку воды до 100 мг/дм3 .

· ОТ обмывок РВП и поверхностей нагрева котлов

Учитывая наличие токсичных веществ в этих сточных водах, необходимо до сброса в водоем предусмотреть их нейтрализацию и обезвреживание. Обмывочные воды направляют в баки-нейтрализа-торы, причем каждый бак-нейтрализатор должен вмещать обмывочные воды от обмывки одного РВП и реагенты для их обработки. В баках предусматривается осаждение ванадийсодержащего шлама, удовлетворяющего требованиям металлургических заводов.

На первой стадии нейтрализация осуществляется едким натром до величины рН, равной 4,5…5, для осаждения окислов ванадия и последующего отделения ванадийсодержащего шлама – на фильтр-прессах типа ФПАКМ. На второй стадии осветленную воду первого этапа раствором извести обрабатывают до величины рН, равной 9,5…10 – для осаждения окислов железа, никеля, меди, а также сульфата кальция. Полученный шлам направляют на нефильтруемый шламоотвал, а осветленная вода повторно используется для обмывок.

Средний ориентировочный размер стока обмывочных вод для крупной ГРЭС составляет 10…15 т/ч.

· Сточные воды химических очисток

Одним из основных недостатков этих сбросов являются их резкопеременный, «залповый» расход и меняющиеся концентрации, и состав примесей во время промывки. Это приводит к необходимости иметь емкости, которые как минимум должны быть рассчитаны на весь объем сбрасываемой воды с учетом ее трехкратного разбавления.

Наличие и концентрации некоторых примесей полностью зависят от метода промывки (С1-, формальдегид, гидразин и др.), в то время как концентрации железа, образователей пены практически одинаковы для всех методов. Для удобства подбора метода очистки промывочных вод их можно условно разделить на три группы по признаку влияния содержащихся в них примесей на санитарный режим водоемов:

1) неорганические вещества, концентрация которых не превышает значения их ПДК в водоемах; это сульфаты и хлориды кальция, магния и натрия;

2) токсичные вещества, содержание которых значительно превышает их ПДК в водоемах; это соли железа, меди, цинка, фторсодержащие соединения, гидразин;

3) органические вещества, аммонийные соли, нитриты, сульфиды, которые могут подвергаться бактериальному или непосредственному окислению; сброс таких веществ должен рассчитываться по БПК в водоеме.

Практически при обезвреживании промывочных вод должны подвергаться выделению вещества второй группы, а окислению до допустимых БПК – вещества третьей группы.

В основном способ очистки промывных и консервационных вод зависит от вида применяемого топлива и принятой схемы удале-ния золы. С этой точки зрения есть два варианта очистки таких вод:

1) очистка на ТЭС, работающих на жидком и газовом топливе, а также на ТЭС, работающих на твердом топливе с разомкнутой системой ГЗУ;

2) очистка на ТЭС, работающих на твердом топливе с замкнутой системой ГЗУ. На газомазутных ТЭС сбросы воды от водных промывок, содержащие грубодисперсные примеси, должны для их отделения направляться в открытую емкость, объем которой выбирается в зависимости от типа котлов и объемов промываемых контуров.

На газомазутных ТЭС и ТЭС с разомкнутой системой ГЗУ схема очистки промывных вод предполагает три стадии:

1) сбор всех отработавших растворов и части наиболее загрязненных отмывочных вод (рН < 6) в емкости-усреднители;

2) выделение из раствора токсичных веществ второй группы

с утилизацией осадка в баках-нейтрализаторах;

3) очистка воды от веществ третьей группы.

При обезвреживании сточных промывочных вод основными задачами являются разрушение образовавшихся при промывках комплексов металлов с реагентами, выделение этих металлов в осадок и разрушение органических соединений. Осаждение ионов тяжелых металлов (Fe, Cu, Zn) достигается при повышении рН до 11,0 (раствором извести) в случае применения для промывок растворов соляной, адипиновой, фталевой и дикарбоновых кислот. В случае же применения цитратного раствора при рН = 10 наблюдается полное разрушение цитратных комплексов железа. Комплексы меди и цинка с трилоном не разрушаются во всем интервале значений рН.

На ТЭС с замкнутой системой ГЗУ можно проводить сброс отработавших промывочных растворов непосредственно на золоотвал, если рН осветленной воды золоотвала выше 8,0. В противном случае требуется предварительная нейтрализация промывочных растворов. В любом случае для предотвращения коррозии багерных насосов значение рН в системе ГЗУ в результате сброса не должно быть ниже 7,0. Экспериментальные данные подтверждают высокую адсорбционную способность золы по отношению к примесям второй и третьей групп.

В сбросных водах после консервации оборудования в больших количествах присутствуют гидразин, нитрит натрия и аммиак. Удобным способом разложения гидразина является обработка раствора хлорной известью или жидким хлором.

Для осуществления процесса очистки сбрасываемых консервирующих растворов используется такая схема. Отработавший раствор собирается в баке, емкость которого должна быть достаточной для приема сразу всего его количества. В качестве таких емкостей используют баки для приготовления консервирующих растворов. Если процесс очистки организуется в баке-нейтрализаторе объемом около 20 м3, то в него направляют также реагенты и пар. Для ускорения процесса очистки и продувки раствора воздухом с коэффициентом эжекции не менее 10 организуется циркуляция при помощи насоса производительностью 80…150 м3/ч и напором до 20 кгс/см

с установкой водо-воздушного эжектора.

Для разложения нитрита вводится серная кислота в количестве, на 10…15 \% большем стехиометрического. Установлено, что нитрит разлагается более интенсивно, если кислоту подавать в два приема: сначала 50 \% расчетного количества, а через 1 ч – остальную часть. Продувка воздухом содействует ускорению разложения нитрита и гидразина и отдувке аммиака. Повышение температуры позволяет сократить процесс разложения примесей и расход воздуха на отдувку газообразных компонентов.

Недостатком обезвреживания кислотой является образование вредных окислов азота, утилизация которых при данной схеме не проводится. Общий недостаток описанных выше процессов очистки промывочных и консервирующих растворов – это большой расход реагентов, который существенно увеличивает солесодержание сбра-сываемых потоков воды.

Последние 15…20 лет широкое внедрение находит экологичный способ предпусковых и эксплуатационных очисток без применения реагентов, так называемый метод горячей водо-парокисло-родной очистки и пассивации теплоэнергетического оборудования. Метод заключается в обработке поверхностей горячей водой высокой чистоты (с электрической проводимостью не более 1 мкСм/см) и паром с определенной температурой и скоростью и высокими концентрациями кислорода (до 2…3 г/дм3). В результате этой обработки удается удалить отложения (до 300 г/м2) и создать на металле прочную защитную пленку, которая имеет стойкость по отношению к агентам коррозии такую же, как нержавеющая сталь.

· Системы гидрозолоудаления

ВТИ предложен опытно-промышленный способ очистки воды ГЗУ от фтора, ванадия, мышьяка, а также фенолов, который состоит из двух стадий. На первой стадии осуществляется обработка воды известью и углекислотой от дымовых газов, что приводит к осаждению карбоната кальция из-за превышения пределов его растворимости. При этом частично снижается и содержание фтора. Вторая стадия заключается в обработке полученной жидкости сернокислым алюминием с дозировкой его около 70 мг/дм3 в пересчете на безводный продукт. Такая двухстадийная обработка позволяет снизить содержание фтора от 60 до 1,5 мг/дм3 и полностью освободить от ванадия, мышьяка и фенолов.

С появлением замкнутых систем ГЗУ поддержание оптимального солевого баланса системы стало весьма необходимым и выполняется различными способами исходя из реальных условий и экономических соображений. Где это возможно, осуществляется продувка системы в водные объекты с соблюдением необходимых условий, а также выпаривание продувочной воды при помощи специальных устройств. Для удаления отложений на трубопроводах и оборудовании ГЗУ воду обрабатывают дымовыми газами (очистка системы от отложений). Для предотвращения отложений дозируют комплексоны (ИОМС), которые при чрезвычайно малых количествах предотвращают отложения солей.

· Воды тракта топливоподач

Загрязненные воды в основном подвергают отстаиванию, а осветленную воду используют повторно. Осевшие примеси, шлам периодически удаляют, отвозя его на штабель угля.

· Очистка и повторное использование

поверхностного стока ТЭС

При выборе схем очистки и использовании поверхностного стока нужно учитывать водный баланс электростанции, специфику ее эксплуатации (т.е. необходимую степень очистки стока) и экономическую целесообразность различных вариантов очистки и использования этих вод.

Возникновение дождевого стока вызывает необходимость строительства регулирующей емкости. Схема включает: песколовку, разделительную камеру, водосливное устройство, регулирующую емкость и отстойник. Если технология использования поверхностного стока не позволяет ограничиться полученной глубиной очистки (отстаиванием), необходимо предусмотреть дополнительное фильтрование. Доочищать сток можно на фильтрах, загруженных полукоксом канско-ачинских углей (КАУ) или антрацитом.

В зависимости от условий эксплуатации ТЭС можно рассматривать следующие основные схемы применения поверхностного стока: в оборотной системе охлаждения, для подпитки станционных систем водопользования (на химводоочистке или в испарительной установке), совместно с внутристанционными нефтесодержащими стоками, для смыва золы и шлака в систему гидрозолоудаления.

При использовании поверхностного стока для подпитки оборотной системы охлаждения, несмотря на повышенную в отдельные периоды минерализацию стока, карбонатная щелочность относительно невысока, поэтому подача его в оборотную систему не приведет к заметному нарушению ее водно-химического режима.

На химводоочистку с предварительной очисткой поверхностный сток может быть подан после отстаивания; на водоочистках без предочистки требуется дополнительная фильтрация. Если на электростанции имеются сооружения для очистки нефтесодержащих сточных вод, то поверхностный сток может направляться на них. При наличии нефтеловушек сток только аккумулируется, при их отсутствии он направляется на очистные сооружения после отстаивания. При подаче поверхностных вод в систему гидрозолоудаления требуется только аккумулирование стока. Очистка и использование поверхностного стока в цикле электростанции позволяет уменьшить загрязнение водоемов и водопотребление ТЭС.

Главная > Лекции

Национальный исследовательский

Томский политехнический университет

Кафедра теоретической и

промышленной теплотехники

Лекции по курсу:

«Природоохранные технологии в промышленной

теплоэнергетике»

Разработчик: к.т.н., Разва А.С.

Сточные воды предприятий теплоэнергетики и их очистка

1. Классификация сточных вод ТЭС

Эксплуатация тепловых электрических станций связана с использованием большого количества воды. Основная часть воды (более 90%) расходуется в системах охлаждения различных аппаратов: конденсаторов турбин, масло- и воздухоохладителей, движущихся механизмов и др. Сточной водой является любой поток воды, выводимый из цикла электростанции. К сточным, или сбросным, водам кроме вод систем охлаждения относятся: сбросные воды систем гидрозолоулавливания (ГЗУ), отработавшие растворы после химических промывок теплосилового оборудования или его консервации: регенерационные и шламовые воды от водоочистительных (водоподготовительных) установок: нефтезагрязненные стоки, растворы и суспензии, возникающие при обмывах наружных поверхностей нагрева, главным образом воздухоподогревателей и водяных экономайзеров котлов, сжигающих сернистый мазут. Составы перечисленных стоков различны и определяются типом ТЭС и основного оборудования, ее мощностью, видом топлива, составом исходной воды, способом водоподготовки в основном производстве и, конечно, уровнем эксплуатации. Воды после охлаждения конденсаторов турбин и воздухоохладителей несут, как правило, только так называемое тепловое загрязнение, так как их температура на 8...10 С превышает температуру воды в водоисточнике. В некоторых случаях охлаждающие воды могут вносить в природные водоемы и посторонние вещества. Это обусловлено тем, что в систему охлаждения включены также и маслоохладители, нарушение плотности которых может приводить к проникновению нефтепродуктов (масел) в охлаждающую воду. На мазутных ТЭС образуются сточные воды, содержащие мазут. Масла могут попадать в сточные воды также из главного корпуса, гаражей, открытых распредустройств, маслохозяйств. Количество вод систем охлаждения определяется в основном количеством отработавшего пара, поступающего в конденсаторы турбин. Следовательно, больше всего этих вод на конденсационных ТЭС (КЭС) и АЭС, где количество воды (т/ч), охлаждающей конденсаторы турбин, может быть найдено по формуле Q=KW где W - мощность станции, МВт; К -коэффициент, для ТЭС К = 100...150: для АЭС 150...200. На электростанциях, использующих твердое топливо, удаление значительных количеств золы и шлака выполняется обычно гидравлическим способом, что требует большого количества воды. На ТЭС мощностью 4000 МВт, работающей на Экибастузском угле, сжигается до 4000 т/ч этого топлива, при этом образуется около 1600...1700 т/ч золы. Для эвакуации этого количества со станции требуется не менее 8000 м 3 /ч воды. Поэтому основным направлением в этой области является создание оборотных систем ГЗУ, когда освободившаяся от золы и шлака осветленная вода направляется вновь на ТЭС в систему ГЗУ. Сбросные воды ГЗУ значительно загрязнены взвешенными веществами, имеют повышенную минерализацию и в большинстве случаев повышенную щелочность. Кроме того, в них могут содержаться соединения фтора, мышьяка, ртути, ванадия. Стоки после химической промывки или консервации теплосилового оборудования весьма разнообразны по своему составу вследствие обилия промывочных растворов. Для промывок применяются соляная, серная, плавиковая, сульфаминовая минеральные кислоты, а также органические кислоты: лимонная, ортофталевая, адипиновая, щавелевая, муравьиная, уксусная и др. Наряду с ними используются трилон Б, различные ингибиторы коррозии, поверхностно-активные вещества, тиомочевина, гидразин, нитриты, аммиак. В результате химических реакций в процессе промывок или консервации оборудования могут сбрасываться различные органические и неорганические кислоты, щелочи, нитраты, соли аммония, железа, меди, трилон Б, ингибиторы, гидразин, фтор, уротропин, каптакс и т. д. Такое разнообразие химических веществ требует индивидуального решения нейтрализации и захоронения токсичных отходов химических промывок. Воды от обмывки наружных поверхностей нагрева образуются только на ТЭС, использующих в качестве основного топлива сернистый мазут. Следует иметь в виду, что обезвреживание этих обмывочных растворов сопровождается получением шламов, содержащих ценные вещества - соединения ванадия и никеля. При эксплуатации водоподготовки обессоленной воды на ТЭС и АЭС возникают стоки от склада реагентов, промывок механических фильтров, удаления шламовых вод осветлителей, регенерации ионитовых фильтров. Эти воды несут значительное количество солей кальция, магния, натрия, алюминия, железа. Например, на ТЭЦ, имеющей производительность химводоочистки 2000 т/ч, сбрасывается солей до 2,5 т/ч. С предочистки (механические фильтры и осветлители) сбрасываются нетоксичные осадки - карбонат кальция, гидрооксид железа и алюминия, кремнекислота, органические вещества, глинистые частицы. И, наконец, на электростанциях, использующих в системах смазки и регулирования паровых турбин огнестойкие жидкости типа иввиоль или ОМТИ, образуется небольшое количество сточной воды, загрязненной этим веществом. Основным нормативным документом, устанавливающим систему охраны поверхностных вод, служат «Правила охраны поверхностных вод (типовое положение)» (М.: Госкомприроды, 1991г.).

2. Влияние сточных вод ТЭС на природные водоемы

Природные водоемы представляют собой сложные экологические системы (экосистемы) существования биоценоза - сообщества живых организмов (животных и растений). Эти системы создавались в течение многих тысячелетий эволюции живого мира. Водоемы являются не только сборниками и хранилищами воды, в которых вода усредняется по качеству, но в них непрерывно протекают процессы изменения состава примесей - приближение к равновесию. Оно может быть нарушено в результате человеческой деятельности, в частности сброса сточных вод ТЭС. Живые организмы (гидробионты), населяющие водоемы, тесно связаны между собой условиями жизни, и в первую очередь ресурсами питания. Гидробионты играют основную роль в процессе самоочищения водоемов. Часть гидробионтов (обычно растения) синтезируют органические вещества, используя при этом неорганические соединения из окружающей среды, такие, как СО 2 , NН 3 и др. Другие гидробионты (обычно животные) усваивают готовые органические вещества. Водоросли также минерализуют органические вещества. В процессе фотосинтеза они при этом выделяют кислород. Основная часть кислорода поступает в водоем путем аэрации при контакте воды с воздухом. Микроорганизмы (бактерии) интенсифицируют процесс минерализации органики при окислении ее кислородом. Отклонение экосистемы от равновесного состояния, вызванное, например, сбросом сточных вод, может привести к отравлению и даже гибели определенного вида (популяции) гидробионтов, которое приведет к цепной реакции угнетения всего биоценоза. Отклонение от равновесия интенсифицирует процессы, приводящие водоем в оптимальное состояние, которые называют процессами самоочищения водоема. Важнейшие из этих процессов следующие:

осаждение грубодисперсных и коагуляция коллоидных примесей; окисление (минерализация) органических примесей; окисление минеральных примесей кислорода; нейтрализация кислот и оснований за счет буферной емкости воды водоема (щелочности), приводящая к изменению ее рН; гидролиз ионов тяжелых металлов, приводящий к образованию их малорастворимых гидроокисей и выделению их из воды; установление углекислотного равновесия (стабилизация) в воде, сопровождающееся или выделением твердой фазы (СаСО 3), или переходом части ее в воду.

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в водоемах Таблица 1

при различных методах химических промывок, мг/л Таблица 2

3. Обработка сбросных вод водоподготовительных установок

Методы очистки сточных вод подразделяются на механические (физические), физико-химические, химические и биохимические. Непосредственное выделение примесей из сточных вод может быть осуществлено следующими путями (механические и физико-химические методы):

механическое удаление крупных примесей (на решетках, сетках); микропроцеживание (мелкие сетки); отстаивание и осветление; применение гидроциклонов; центрифугирование; фильтрование; флотация; электрофорез; мембранные методы (обратный осмос, электродиализ).

примесь - газовая фаза, вода-жидкая фаза (дегазация или отгонка с паром); примесь - жидкая или твердая фаза, вода - жидкая фаза (выпаривание); примесь и вода - две жидкие не смешивающиеся фазы (экстракция и коалесценция); примесь - твердая фаза, вода - твердая фаза (вымораживание); примесь - твердая фаза, вода - жидкая фаза (кристаллизация, сорбция, коагуляция).

образование труднорастворимых соединений (известкование и др.); синтез и разложение (разложение комплексов тяжелых металлов при вводе щелочей и др.); окислительно-восстановительные процессы (окисление органических и неорганических соединений сильными окислителями и др.); термическая переработка (аппараты с погружными горелками, сжигание кубовых остатков и др.).

сброса всех отработавших растворов и отмывочных вод в усреднитель; выделение из жидкости токсичных веществ второй группы с последующим обезвоживанием получающегося осадка; очистка от веществ третьей группы.

Рис.1. Принципиальная схема установки для обезвоживания шлама продувки осветлителей:

1 - подвод шлама; 2 - осветленная вода на ВПУ; 3 - техническая вода; 4 - воздух; 5 - обезвоженный шлам; 6 - барабанно-вакуумный фильтр; 7 - воздуходувка; 8 - вакуум-насос; 9 - ресивер; 10 - бак постоянного уровня; 12 - насос; 12 - емкость; 13 - бункер для обезвоженного шлама Продувочная вода из осветлителя направляется в сборную емкость. Для предупреждения осаждения шлама в этой емкости через продувочную воду барботируется воздух, затем вода перекачивается в бак постоянного уровня и поступает в вакуумный фильтр, в котором происходит отделение шлама. Обезвоженный шлам сбрасывается в бункер и затем направляется на шламоотвал. Вода после отделения шлама возвращается на водоподготовительную установку.

Рис.2. Схемы самонейтрализации (а ) и нейтрализации (б ) известью сточных вод водоподготовительных установок:

1-Н-катионитный фильтр; 2-анионитный фильтр; 3-известковая мешалка; 4-насос известковой мешалки; 5-насос-дозатор известкового молока; 6-приямок сбора регенерадионных вод; 7-перекачивающий насос; 8-бак-нейтрализатор; 9-насос перекачивания и сброса; 10-охлаждающая вода после конденсаторов турбин или водоисточник Продувка осветлителей может направляться также в систему ГЗУ или на нейтрализацию кислых стоков (при рН>9). Вода от промывки механических фильтров при наличии предочистки направляется либо в линию исходной воды (при коагуляции), либо в нижнюю часть каждого осветлителя (при известковании). Для обеспечения постоянного расхода эта вода предварительно собирается в бак регенерации промывочных вод механических фильтров. При отсутствии предочистки вода от промывки механических фильтров может либо обрабатываться отстаиванием в специальном отстойнике с возвратом осветленной воды в линию исходной воды и удалением отстоявшегося шлама на шламоотвал, либо использоваться в системе ГЗУ, либо направляться в систему сбора регенерационных вод ионитовых фильтров. Сточные воды ионообменной части водоподготовительной установки, если не считать некоторого количества грубодиперсных примесей, поступающих при взрыхлении фильтров, представляют собой истинные растворы солей. В зависимости от местных условий эти воды направляются: в водоемы с соблюдением санитарно-гигиенических и рыбохозяйственных требований; в системы гидрозолоудаления; в пруды-испарители при благоприятных климатических условиях; на выпарные установки; в подземные водоносные горизонты. Сброс сточных вод в водоем возможен при соблюдении определенных условий. Так, при кислых сточных водах необходимо выполнение следующего неравенства:

;

А при щелочных

,

Где а - коэффициент смешения на участке между выпуском сточных вод и расчетным створом ближайшего пункта водопользования; Q - расчетный расход водоема, равный для незарегулированных рек наибольшему среднемесячному расходу воды 95%-ной обеспеченности; Щ - изменение щелочности воды, которое вызовет изменение рН исходной воды до предельно допустимого значения, мг-экв/кг; Q CЩ и Q СК - суточные сбросы щелочи и кислоты в сточных водах соответственно, г-экв. Сбросы кислоты и щелочи определяются по следующим выражениям:

;

,

Где G Щ и G К - суточные расходы щелочи и кислоты соответственно, кг; q Щ и q К - удельные расходы щелочи и кислоты при регенерации, г-экв/г-экв. Величина Щ определяется по формуле

,

Где Щ 0 - щелочность исходной воды водоема, мг-экв/кг; рН Д - допустимый показатель рН воды после смешения сточной воды с водой водоисточника (6,5 и 8,5); рН=рН Д -рН 0 - величина, на которую допустимо изменять показатель рН воды водоисточника; рН 0 - показатель рН воды при температуре водоема;  - ионная сила воды в водоеме; К 1 - константа первой ступени диссоциации Н 2 СО 3 при температуре воды в водоеме. Если сброс сточных вод в водоем нарушает эти условия, то необходимо применять предварительную нейтрализацию. В большинстве случаев сточные воды ионообменной части водоподготовительных установок после смешения сбросов регенеративных вод от катионитов и анионитных фильтров имеют кислую реакцию. Для нейтрализации применяют щелочные реагенты, как доломит, различные щелочи, но чаще всего известь.

Рис.3. Схема нейтрализации щелочных регенерационных вод дымовыми газами:

1 - Н-катионитный фильтр; 2 - анионитный фильтр; 3 - приямок сбора регенерационныхвод; 4 - перекачивающий насос; 5 - бак нейтрализации; 6 - распределительная труба; 7 - насос перемешивания и сброса; 8 - эжектор; 9 - дымовые газы, очищенные от золы; 10 - охлаждающая вода после конденсаторов турбин Нейтрализация известью не вызывает столь резкого повышения солесодержания воды, как при использовании других реагентов. Происходит это по той причине, что при нейтрализации известью образуется осадок, который затем выводится из воды. Положительный опыт получен также при нейтрализации сточных вод аммиачной водой. Суточный расход реагентов, необходимых для нейтрализации кислых вод, можно записать как Q СР =Q СК -Q СЩ , а щелочных - как Q СР =Q СЩ -Q СК .

При нейтрализации известью суточный расход 100%-ного СаО составляет Q СаО =28Q СР 10 -3 .

На рис.2 приведены схемы нейтрализации кислых сточных вод. Если после смешения регенерационных сбросов вода имеет щелочной характер, то ее нейтрализацию можно проводить дымовыми газами за счет растворения СО 2 , SО 3 , NО 2 . Необходимый объем дымовых газов V для нейтрализации суточного объема щелочных сточных вод определяется по формуле

Где V Г - полный объем дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, после золоуловителя, м 3 /кг или м 3 /м 3 ; V SO2 ; V CO2 и V NO2 - объемы соответствующих газов, образующихся при сжигании топлива, м 3 /кг или м 3 /м 3 . На рис.3 приведена схема нейтрализации сточных вод водоподготовительных установок дымовыми газами с использованием барботажного способа растворения газа в воде. Для тех же целей применяются и выпарные установки для концентрирования и глубокого упаривания сточных вод (Ферганская ТЭЦ, Казанская ТЭЦ-3). Концентрат подается на установку переработки концентрированных стоков. Установка представляет аппарат с погружными горелками (рис.4), где упаривание производится до получения кристаллической соли, которая складируется в нефильтруемом хранилище.

4. Очистка сточных вод, содержащих нефтепродукты

Рис.4. Аппарат погружного горения для выпаривания сточных вод :

1 - погружная горелка; 2 - аппарат; 3 - вентилятор; 4 - бак; 5 - регулятор уровня

Рис.5. Схема типовой нефтеловушки :

1-сточная вода; 2- приемная камера; 3-отстойная зона: 4-очищенная вода; 5- вертикальные полупогруженные перегородки; 6-нефтесборные трубы; 7-пленка всплы-вших нефтепродуктов Значительное влияние на эффективность работы нефтеловушки оказывает температура воды. Увеличение температуры воды приводит к снижению ее вязкости, что способствует улучшению условий выделения частиц. Например, мазут при температуре воды ниже 30 С оседает в нефгеловушке, в интервале 30...40 °С частицы мазута находятся во взвешенном состоянии и лишь свыше 40 °С проявляется эффект всплытия частиц.

Рис.6. Нефтеловушка Гипроспецпромстроя со скребковым механизмом:

1 - приемная камера; 2 - перегородка; 3 - отстойная зона; 4 - перегородка; 5 - выпускная камера; 6 - переливной лоток; 7 - скребок; 8 - поворотные щелевые трубы; 9 - приямок; 10 - гидроэлеватор
На рис.6 представлена нефтеловушка Гидроспецпромстроя. Нефтепродукты, всплывающие на поверхность в отстойных камерах, сгоняют скребковым устройством к щелевым поворотным трубам, расположенным в начале и конце отстойных зон каждой секции, через которые они выводятся из нефтеловушки. При наличии тонущих примесей в сточной воде они выпадают на дно нефтеловушки, сгребаются тем же скребковым транспортером в приямок и при помощи данного клапана (или гидроэлеватора) выводятся из нефтеловушки. Нефтеловушки такого типа рассчитаны на производительность 15...220 кг/с по сточной воде.

Рис. 5.7. Схема установки для напорной флотации:

1-вход воды; 2-приемный резервуар; 3-всасывающая труба; 4-воздухопровод; 5-насос; 6-флотационная камера; 7-пеносборник; 8-отвод очищенной воды; 9-напорная емкость Флотационный метод очистки воды заключается в образовании комплексов частица нефтепродуктов - пузырек воздуха с последующим выделением этих комплексов из воды. Скорость всплывания таких комплексов в 10 2 ...10 3 раз превышает скорость всплывания частиц нефтепродуктов. По этой причине флотация гораздо эффективнее отстаивания.

Рис.8. Схема установки для безнапорной флотации:

1-вход воды; 2-приемный резервуар; 3-всасывающая труба; 4-воздухопровод; 5-насос; 6-флотационная камера; 7-пеносборник; 8-отвод очищенной воды Различают напорную флотацию, при которой пузырьки воздуха выделяются из пересыщенного раствора его в воде, и безнапорную, которая осуществляется при помощи пузырьков воздуха, вводимых в воду специальными устройствами. При напорной флотации (рис.7) воздух растворяется в воде под избыточным давлением до 0,5 МПа, для чего в трубопровод перед насосом подается воздух, а затем водовоздушная смесь в течение 8-10 мин выдерживается в специальной напорной емкости, откуда и подается во флотатор, где происходят сброс давления, образование пузырьков воздуха и собственно флотационный процесс разделения воды и примеси. При снижении давления на входе воды во флотатор воздух, растворенный в воде, выделяется практически мгновенно, образуя пузырьки. При безнапорной флотации (рис.8) образование пузырьков происходит за счет механических (насосом, эжектором) или электрических сил и во флотатор вводится готовая дисперсная система пузырьки -вода. Оптимальные размеры пузырьков равны 15-30 мкм. Скорость всплывания пузырьков такого размера с захваченными частицами нефти составляет в среднем 0,9...10 -3 м/с, что в 900 раз превышает скорость всплывания частицы нефти размером 1,5 мкм. Фильтрование замазученных и замасленных вод осуществляется на заключительной стадии очистки. Процесс фильтрования основан на прилипании эмульгированных частиц нефтепродуктов к поверхности зерен фильтрующего материала. Так как фильтрованию предшествует предварительная очистка сточных вод (отстаивание, флотация), перед фильтрами концентрация нефтепродуктов невысока и составляет 10 -4 ...10 -6 в объемных долях. При фильтровании сточных вод частицы нефтепродуктов выделяются из потока воды на поверхности зерен фильтрующего материала и заполняют наиболее узкие поровые каналы. При гидрофобной поверхности (не взаимодействующей с водой) частицы хорошо прилипают к зернам, при гидрофильной (взаимодействующей с водой) прилипание затруднено из-за наличия гидратной оболочки на поверхности зерен. Однако прилипающие частицы вытесняют гидратную оболочку и начиная с какого-то момента времени фильтрующий материал работает как гидрофобный. Рис.9. Изменение концентрации мазута в конденсате во время пропаривания фильтра при регенерации фильтрующего материала При работе фильтра частицы нефтепродуктов постепенно заполняют объем пор и насыщают фильтрующий материал. В итоге по истечении некоторого времени устанавливается равновесие между количеством масла, выделяющегося из потока на стенки, и количеством масла, стекающего в виде пленки в следующие по ходу потока слои фильтрующего материала. С течением времени насыщенность нефтепродуктами сдвигается к нижней границе фильтрующего слоя и концентрациямасла в фильтрате увеличивается. В этом случае фильтр отключается на регенерацию. Повышение температуры воды способствует уменьшению вязкости нефтепродуктов и, следовательно, более равномерному его распределению по высоте слоя. Традиционными материалами для загрузки фильтров являются кварцевый песок и антрацит. Иногда применяют сульфоуголь, отработанный в Nа-катионитовый фильтр. В последнее время применяют доменный и мартеновский шлак, керамзит, диатомит. Специально для этих целей ЭНИН им. Г. М. Кржижановского разработал технологию получения полукокса из канско-ачинских углей.

Рис.10. Технологическая схема очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты:

1-приемный бак: 2-нефтеловушка; 3-промежуточные баки; 4-флотатор; 5-напорная емкость; 6-эжектор; 7-мазутоприемник; 8-механический фильтр; 9-угольныий фильтр; 10-бак промывочной воды: 11-ресивер; 12-компрессор; 13-насосы: 14-раствор коагулянта Регенерацию фильтра следует производить водяным паром давлением 0,03...0,04 МПа через верхнее распределительное устройство. Пар разогревает уловленные нефтепродукты, и они под давлением вытесняются из слоя. Длительность регенерации обычно не превышает 3 ч. Вытеснение масла из фильтра сопровождается сначала ростом его концентрации в конденсате, а затем ее уменьшением (рис.9). Конденсат сбрасывается в баки перед нефтеловушкой или флотатором. Эффективность очистки сточных вод в насыпных фильтрах от нефтепродуктов составляет около 80%. Содержание нефтепродуктов составляет 2...4 мг/кг, что значительно превышает ПДК. Вода с таким качеством может направляться для технологических целей ТЭС. В ряде случаев этот фильтрат необходимо доочистить на сорбционных (загруженных активированным углем) или намывных фильтрах. Полная типовая схема очистки сточных вод от нефтепродуктов показана на рис.10. Сточные воды собираются в буферные усреднительные баки, в которых происходит выделение части наиболее крупных грубодисперсных. примесей и частиц нефтепродуктов. Сточная вода, частично освобожденная от примесей, направляется в нефтеловушку. Затем вода поступает в промежуточный бак и оттуда насосом подается на флотатор. Выделенные нефтепродукты направляются в мазутоприемник, затем подогреваются паром для снижения вязкости и эвакуируются из установки для сжигания. Частично очищенная вода направляется во второй промежуточный бак и подается из него на фильтровальную установку, состоящую из двух ступеней. Первая ступень представляет собой фильтр с двухслойной загрузкой из кварцевого песка и антрацита. Вторая ступень состоит из сорбционного фильтра. загруженного активированным углем. Степень очистки воды по этой схеме составляет около 95%.

5. Очистка обмывочных вод поверхностей нагрева котлов

Обмывочные воды регенеративных воздухоподогревателей (РВП) представляют собой кислые растворы (рН= 1,3...3), содержащие грубодисперсные примеси: оксиды железа, кремнекислоту, продукты недожога, нерастворившуюся часть золы, свободную серную кислоту, сульфаты тяжелых металлов, соединения ванадия, никеля, меди и др. В среднем обмывочная вода содержит, г/л: свободную кислоту (в пересчете на Н 2 SО 4) 4...5, железо 7...8, никель0,1...0,15, ванадий 0,3...0,8, медь 0,02...0,05, взвешенные вещества 0,5, сухой остаток 32...45. Сточные воды от обмывок РВП и конвективных поверхностей нагрева котлов обезвреживаются нейтрализацией их щелочами. При этом ионы тяжелых металлов осаждаются в шлам в виде соответствующих гидрооксидов. Так как обмывочные воды мазутных котлов содержат ванадий, шлам, образующийся при их нейтрализации, является ценным сырьем для металлургической промышленности. Поэтому процесс нейтрализации и очистки обмывочных вод организуется так. чтобы конечными продуктами являлись обезвреженная осветленная вода и обезвоженный ванадиевый шлам, который направляется на металлургические заводы. Нейтрализация обмывочных вод производится в одну или две стадии. При нейтрализации в одну стадию сточные воды обрабатываются известковым молоком до рН=9,5...10 и выпадения всех токсичных компонентов в осадок. На рис.11 показан разработанный ВТИ и Теплоэлектропроектом и внедренный на Киевской ТЭЦ-5 вариант схемы нейтрализации и обезвреживания обмывочных вод РВП. В этой схеме обмывочные воды подаются в бак-нейтрализатор, в который также дозируется и раствор извести. Раствор перемешивается насосами рециркуляции и сжатым воздухом, затем отстаивается в течение 7...8 ч, после чего часть осветленной воды (50-60%) используется повторно на обмывку котлов, а шлам подается для обезвоживания на фильтр-прессы типа ФПАКМ. Шлам шнековым транспортером отправляется на расфасовку и на склад. Производительность фильтр-пресса 70 кг/(м 2 ч). Фильтрат из фильтр-пресса поступает на катионитный фильтр для улавливания остатков катионов тяжелых металлов. Фильтрат катионитных фильтров сбрасывается в водоем.

Рис.11. Схема установки для обезвреживания и нейтрализации обмывочных вод котлов и РВП:

1-обмывочная вода; 2-бак-нейтрализатор; 3-насос; 4-фильтр-пресс; 5-техническая вода на промывку фильтровальной ткани; шнековый транспортер; 7-машина для зашивания мешков; 8-погрузчик; 9-бак-сборник; 10-насос фильтрата; 11-насос раствора соли; 12-бак-мерник раствора соли; 13-фильтрат; 14-регенерационный раствор; /5-катионитный фильтр; 16-известковое молоко; 17-мешалка; 18-насос; 19-осветленная вода на повторное использование; 20-сжатый воздух Регенерация фильтра производится раствором NаСl, регенерационные воды сбрасываются в бак-нейтрализатор. Вода обезвреживается, однако получаемый шлам обогащен оксидами железа, сернокислым кальцием и беден соединениями ванадия (пентаоксида ванадия менее 3...5%). Челябинским научно-исследовательским институтом металлургии (ЧНИИМ) совместно с Киевской ТЭЦ-5 разработан метод повышения содержания ванадия в осадке. При одностадийной нейтрализации в качестве реагента-осадителя используют смесь, содержащую гидрооксид железа Fе(ОH) 2 , кальция Са(ОН) 2 , магния Мg(ОН) 2 и силикат-ион SiO 3 2 - . Процесс осаждения производится при рН=3,4...4,2. Для повышения концентрации соединения ванадия в шламе процесс осаждения можно организовать в две стадии. На первой стадии производится обработка щелочью (NаОН) до рН=4,5-4,0, при котором происходит осаждение Fе(ОН) 3 и основной массы ванадия, а на второй стадии процесс нейтрализации проводится при рН=8,5...10, при котором осаждаются остальные гидроокиси. Вторая стадия осуществляется известью. В этом случае ценность представляет шлам, полученный на первой стадии нейтрализации.

6. Очистка сточных вод химических промывок и консервации оборудования

Сточные воды от предпусковых (после окончания монтажа) и эксплуатационных химических промывок и консервации оборудования представляют резкие, «залповые» сбросы с большим разнообразием содержащихся в них веществ. Общее количество загрязненных стоков от одной химической промывки, подлежащих очистке, м 3 , можно определить из выражения

Где а -суммарный объем промывочных контуров, м 3 ; К -коэффициент, равный 25 для газомазутных ТЭС и 15 дляпылеугольных, так как в последнем случае часть отмывочных вод с содержанием железа менее 100 мг/л может быть сброшена в ГЗУ. Различают два основных варианта очистки отмывочных и консервационных вод:

на ТЭС, работающих на жидком и газообразном топливе, а также на угольных ТЭС с разомкнутой (прямоточной) системой ГЗУ; на ТЭС, работающих на твердом топливе с оборотной системой ГЗУ.

Рис.12. Схема очистки промывочных сточных вод:

1 - бак; 2 - бак-нейтрализатор; 3 - шламоотстойник; 4 - бак для коррекции рН; 5 - подача известкового молока; б - подача хлорной извести; 7 - подача сульфида натрия (Nа 2 S); 8 - серная кислота: 9 - подача воздуха; 10 - вода на очистку; 11 - вода на фильтр-пресс: 12 - сброс
Для обезвреживания промывочных и консервирующих растворов, содержащих нитриты, можно использовать кислые промывочные растворы или производить обработку растворов кислотой. При этом следует учитывать, что при разрушении нитритов образуются газы NO и NО 2 , плотность которых выше плотности воздуха. Поэтому доступ в емкость, в которой проводилось обезвреживание растворов, содержащих нитрит, может быть разрешен только после тщательной вентиляции этой емкости и проверки ее на загазованность. Гидразин и аммиак, содержащиеся в сточных водах, могут быть разрушены обработкой растворов хлорной известью. При этом гидразин окисляется хлорной известью с образованием свободного азота. Для практически полного разрушения гидразина количество хлорной извести должно быть увеличено по сравнению со стехиометрическим примерно на 5%. При взаимодействии аммиака с хлорной известью образуется хлорамин, который в присутствии небольшого избытка аммиака окисляет его с образованием азота. При большом избытке аммиака в результате его взаимодействия с хлорамином образуется гидразин. Поэтому при обезвреживании хлорной известью растворов, содержащих аммиак, необходимо строго выдерживать стехиометрическую дозу извести. Аммиак можно нейтрализовать в результате взаимодействия его с углекислотой воздуха при аэрации раствора в бакенейтрализаторе или в баке для коррекции рН. Осветленная вода, образующаяся после обезвреживания промывочных и консервирующих растворов, должна быть дополнительно обработана для придания ей нейтральной реакции (рН=6,5...8,5) и повторно использована на технологические нужды электростанции. Гидразин присутствует в стоках лишь в течение нескольких суток после слива растворов в усреднитель. Позже гидразин уже не обнаруживается, что объясняется его окислением при каталитическом участии железа и меди.

Рис.13. Схема узла очистки консервирующих растворов:

1 - сброс консервирующего раствора; 2 - подвод реагентов; 3 - бак сбора консервирующего раствора; 4 - подвод греющего пара: 5 - насос; 6 - сброс обезвреженного раствора: 7 - циркуляционный насос; 8 - эжектор: 9 - линия рециркуляции Технология очистки стоков от фтора заключается в обработке известью и сернокислым глиноземом в следующем соотношении: на 1 мг фтора - не менее 2 мг Аl 2 О 3 . Остаточное содержание фтора достигается не более 1,4...1,6 мг/л. Осветленная вода из бака для коррекции рН отправляется на биохимическую очистку, являющуюся универсальным методом очистки. В основе процесса биохимической очистки лежит жизнедеятельность некоторых видов микроорганизмов, которые могут использовать органические и минеральные вещества, содержащиеся в сточных водах, в качестве питательных веществ и источников энергии. Для биологической очистки применяют аэротенки и биофильтры. Существуют ограничения для концентраций некоторых веществ в воде, направляемой на биоочистку. При повышенных концентрациях эти вещества становятся ядовитыми для микроорганизмов. Максимально допустимые концентрации веществ в воде, направляемой на биологическую очистку, составляют, мг/кг:

гидразина 0,1; железа сернокислого 5; хлора активного 0,3; фталевого ангидрида 0,5.

7. Обезвреживание сточных вод систем гидрозолоудаления

Количество сточных вод систем ГЗУ во много раз превышает суммарный объем всех остальных загрязненных стоков ТЭС. По этой причине очистка сточных вод систем ГЗУ, а для оборотных систем очистка продувочной воды весьма затруднительны. Очистка этих стоков усложняется высокой концентрацией фторидов, мышьяка, ванадия, ртути, германия и некоторых других элементов, обладающих токсичными свойствами. В применении к таким водам более целесообразно их обезвреживание, т. е. снижение концентрации вредных веществ до значений, при которых возможны их сбросы в водоемы. Основные методы обезвреживания:

осаждение примесей; сорбция примесей на различных сорбентах, в том числе на золе; предварительная обработка с применением окислительно-восстановитель-ных процессов.

8. Очистка сточных вод сероочистных установок

На ряде ТЭС Германии действуют установки по очистке сточных вод, образующихся на стадии осветления суспензии гипса в концентраторах. Например, на блоке 750 МВт ТЭС Бергкамен очистка сточных вод ведется в одноступенчатой установке, схема которой показана на рис.14. Загрязненная вода 1 поступает в двухкамерный резервуар 2 , куда для осаждения металлов подается 45%-ый раствор едкого натра из емкости 3 . Расчетное время действия NaOH - 5 мин. Этого достаточно для поддержания рН в диапазоне 8,7...9,3. Из резервуара 2 вода поступает в резервуар 4 , куда из емкости 5 подается флокулянт. После ввода флокулянта сточная вода направляется в осветлитель 6 . По опускной трубе, образованной внутренней и наружной оболочками осветлителя, вода поступает в промежуточный объем. Скорость нисходящего потока в этом объеме равна 10...15 м/с. Окончательное разделение воды и шлама происходит при изменении направления потока воды после внутренней оболочки. Поток движется вверх со скоростью 3 мм/с и в это время происходит агломерация и осаждение твердых частиц, которое опускается в нижнюю часть осветлителя и удаляются из него скребковым механизмом. Осветленная вода отводится через внутреннее сборное устройство 7 в бак отбора чистой воды 10 .
Рис.14. Схема установки очистки сточных вод на блоке 750 МВт ТЭС Бергкамен: 1 - загрязненная вода; 2 - двухкамерный резервуар; 3 - емкость едкого натра; 4 - резервуар; 5 - емкость флокулянта; 6 - осветлитель; 7 - сборное устройство осветлителя; 8 - шламонакопитель; 9 - фильтр-пресс; 10 - бак сбора чистой воды; 11 - насос; 12 - уровнемер; 13 - клапаны; 14 - расходомер и регулирующий клапан; 15, 16 - регулирующий клапан; 17 - очищенная вода; 18 - задвижка Концентрация твердой фазы в шламе, удаляемом из осветлителя, составляет около 10%. Шлам поступает в специальный шламонакопитель 8 . Небольшая часть шлама возвращается в стадию подщелачивания в качестве затравки. Объем шламонакопителя расчитан на двое суток работы установки при полной нагрузке для предотвращения ее аварийного останова в случае повреждения фильтр-пресса. Время работы фильтр-пресса 9 составляет 8 ч в сутки. За это время перерабатывается 3...4 загрузки. После опрессовки одной загрузки образуется 2 т шлама, содержание сухого вещества в нем 30...35%. Химический состав исходной и очищенной воды приводится в табл.3. Очищенная вода 17 возвращается в цикл сероочистки. Схема управления установкой показана также на рис.14. Раствор едкого натра дозируется в зависимости от исходной воды (расходомер и регулирующий клапан 14 ); флокулянт вводится пропорционально расходу воды (регулирующий клапан 15 ). Химический состав исходной и очищенной воды

после сероочистной установки Таблица 3

Лекция 17

Анализ методов снижения и предотвращения загрязнения водных бассейнов стоками ТЭС

К сточным водам тепловых электрических станций отно­сятся: охлаждающие воды (после охлаждения конденсаторов турбин, масло - и воздухоохладителей и пр.); сбросные воды из систем гидрозолоудаления; сточные воды водоподготовительных установок и конденсатоочисток; отра­ботавшие растворы после химической очистки теплосилового оборудования и его консервации; нефтезагрязненные воды; растворы от обмывок поверх­ностей нагрева котлов, работающих на мазуте. Количество этих стоков и их состав весьма различны и зависят от мощности ТЭС, вида используемого топлива, принятого способа водоподготовки, системы золоудаления и других факторов.

Для уменьшения загрязнения водоемов сточными водами ТЭС возможны два пути:

1) глубокая очистка всех стоков до предельно допустимых кон­центра­ций (связан с большими затратами на сооружение и эксплуатацию соответ­ствующих установок);

2) организация систем повторного использования стоков - оборотных си­стем, с многократным использованием воды. При этом очистка стоков до ПДК уже не обязательна, достаточно довести их качество до уровня, требуемого технологическим процессом, в котором они снова будут использоваться.

Второй путь ведет к резкому сокращению количества воды, забираемой тепловой электростанцией, и создает основы для разработки бессточных систем. В целом, реализация изложенных выше методов и средств очистки в сочетании с рациональным водопользованием на ТЭС позволит сделать их бессточными.

Сточные воды после химических промывок. Из-за использования большого количества различных техноло­гий химических очисток оборудования образующиеся при них сто­ки весьма разнообразны по своему химическому составу и разрабо­тать типовые решения по их переработке очень трудно.

Заводом «Котлоочистка» воды после химических промывок рекомендуется собирать в баки, целесообразнее всего на узле нейтрализации обмывочных вод РВП, а при его отсутствии на специально построенном узле нейтрализации, и нейтрализовать их известью, отделять гидрооксиды тяжелых металлов на вакуумном или камерном фильтре, а шлам подвергать захоронению.

Если для промывки применялись минеральные кислоты, то оставшуюся воду можно небольшими порциями подавать на установку солевых стоков химводоочистки; если использовались органические кислоты, то воду необходимо сбрасывать в бассейны-шлаконакопители или упаривать.

В последние годы предпринимаются попытки при очистке поверхностей нагрева отказаться от применения химических реагентов или резко сократить их количество, отказавшись от органических кислот. Разработанная ВТИ, МЭИ, Мосэнерго, ГЭЦ-25 Мосэнерго парокислородная очистка позволяет для предпусковых очисток на блоках СКД совершенно не исполь-ювать химреагенты, а на барабанных котлах применять минеральные кислоты только для очистки экранных поверхностен нагрева (по упрощенной технологии с последующей пассива­цией их паром и кислородом).

Нефтесодержащие сточные воды. Проблема предотвращения сброса нефтесодержащих сточных вод в основном решена. В настоящее время требуется совершенст­вование существующих установок для очистки этих вод, в частнос­ти, переход на использование малогабаритных маслонефтелову-шек, фильтров «Полимер», а также более широкое применение фильтров с активированными углями. Хорошим сорбентом для установок по очистке нефтесодержащих стоков является полукокс канскоачинских углей. Однако вопрос о промышленном производстве полукок­са (в том числе и активированного) до сих пор не решен, несмотря на многочисленные лабораторные и промышленные исследования, подтвердившие его эффективность и необходимость применения на предприятиях энергетики.

Для предотвращения загрязнения охлаждающих вод через неплотности маслоохладителей целесообразно использовать плот­ные маслоохладители нового поколения МБР.

На ТЭС, где мазут является основным или резервным топливом, необходимо предусматривать в мазутохозяйстве предварительную очистку подтоварных вод на нефтеловушке производитель­ностью 10-20 мУч.

Продувочные воды систем гидрозолоудаления (ГЗУ). Эти воды содержат соединения фтора, мышьяка, ванадия, минеральные соли. Несмотря на содержание токсичных компонен­тов до настоящего времени около 50 электростанций работают с прямоточными системами ГЗУ, воды из которых сбрасывают в водоисточники. Необходимо прежде всего перевести все систе­мы ГЗУ на оборотный цикл и добиться максимального сокращения их продувок.

Сточные воды водоподготовительных установок. Существенную роль в повышении экологической чистоты ТЭС играют совершенствование схем водоподготовки и улучшение вводно-химического режима.

Необходимость предотвращения загрязнений природных водоемов стоками водоподготовительных установок (ВПУ) привела к значительному усложнению их схем, увеличению капитальных затрат и эксплуатационных расходов на обработку и утилизацию минерализованных стоков.

Хотя содержащиеся в сточных водах ВПУ нейтральные соли не являются токсичными, эти стоки служат основным объектом природоохранной деятельности. Наиболее простой и дешевый способ их сокращения - совершенствование технологического оборудования, его эксплуатации и ремонтов с целью умень­шения потерь воды и пара, на отдельных электростанциях они составляют 10% и более (на некоторых достигнуты реальные потери менее 1,5%).

Под бессточностью ВПУ подразумевается достижение такого качества сточных вод, которое обеспечивает возможность их повторного использования в цикле ТЭС. При этом если солесодержание обработанной сточной воды не превышает солесодержания исходной воды, допускаются качественные изменения воды по сравнению с исходной (например, замена бикарбонат-иона хлорид - или сульфат-ионом, катиона кальция или магния катионом натрия и т. д.).

Бессточность (малосточность) обеспечивается за счет перевода растворимых солей в нерастворимые непосредственно внутри технологи­ческого цикла или с помощью дополнительных реагентов. Поэтому бес­сточная ТЭС не является безотходной.

При проектировании ВПУ главное внимание должно быть уделено максимально возможному уменьшению объема стоков путем повторного их использования в качестве взрыхляющих, регенерационных и отмывочных вод. Это позволит сократить потребление воды для ВПУ из внешнего источника и уменьшить объем стоков на 30-40%.

На электростанциях, сжигающих твердое топливо, минерализованные стоки обычно используются для транспортирования золошлаковых отходов.

Перспективным является совершенствование технологии ионного об­ме­на для сокращения количества сточных вод.

Перспективны комбинированные методы обессоливания, включающие мембранные аппараты (обратный осмос, электродиализ) или испарители мгновенного вскипания с дообессоливанием воды на ионообменных филь­трах.

Термический способ подготовки добавочной воды отличается от химического обессоливания меньшей чувствительностью к повышенной минерализации и содержанию органических загрязнителей в исходной воде. Количество сточных вод после испарителей может быть сокращено до 5 – 10% исходного, а их минерализация повышена до 100 г/л и более. Однако эти установки требуют дополнительного резервирования из-за их меньшей маневренности, а это определяет высокую металлоемкость схемы в целом.

Использование испарителей мгновенного вскипания позволяет применять для их подпитки воду, прошедшую упрощенную предподготовку.

При переходе к мембранным или термическим методам приготовления обессоленной воды количество забираемых из природного водоема солей будет соответствовать количеству сбрасываемых, но большей концентрации. Однако в пределах зоны рассеивания в водоеме это изменение практически не скажется на общем его солесодержании.

Для существующих оборотных систем охлаждения с кратностями упаривания 1,5-2,0 разработана и широко внедрена эффективная технология стабилизации карбоната кальция, позволяющая во многих случаях без больших капитальных затрат сократить продувку системы. Разработана также технология обработки воды для систем с большими кратностями упаривания (более 10,0) и минимальной продувкой. Ведется проектирование систем с минимальной водной продувкой для ряда ТЭС в районе озера Байкал. Разрабатываются режимы обработки воды в системах охлаждения с учетом подачи в них различных потоков сточных вод.

Градирни необходимо выполнять с минимальным капельным уносом, продувкой, близкой к единице, и отводом максимального количества тепла, что и позволяет иметь пруд-охладитель небольших размеров. Продувочная вода градирен сбрасывается в пруд-охладитель, а подпитка градирен осуществляется из него же. Пруд может одновременно использоваться для разведения и откорма рыбы. Разумеется, должны быть выпол­нены мероприятия по предупреждению его загрязнения нефтепродуктами. Несколько повышенная температура воды в пруде будет способствовать увеличению продуктивности рыбного хозяйства , а его большая аккумулирующая способность позволит исключить резкие, неблагоприятные для рыбоводства, колебания температуры воды при изменениях режима работы ГРЭС. Чтобы предотвратить зарастание пруда, необходимо скашивать расти­тельность, разводить растительноядных рыб и т. д.

Солевые стоки в такой пруд недопустимы. Во избежание опасного концентрирования в пруде солей необходимо предусматривать частичную смену воды в периоды паводков, когда минерализованность поверхностного стока незначительна. Тогда в пруде будет происходить концентрирование не привнесенных, а собственных солей водоисточника, и живой природе и растительному миру будет наноситься минимальный вред.

При уменьшении регулярных продувок градирен надо считать­ся с возможностью концентрирования примесей в оборотной во­де и необходимостью стабилизации качества воды по кальцию для предупреждения накипеобразования. В этом случае соли из системы выводятся с капельным уносом и рассеиваются по территории, окружающей ТЭС. Можно не допускать значитель­ного концентрирования примесей в градирне, отбирая воду из оборотной системы на химводоочистку ТЭС. Но при этом, однако, количество солей, подлежащих переработке и утилизации при химической очистке воды, увеличивается как минимум в 2 раза.

Поскольку капельный унос из современных градирен невелик и составляет около 0,05% общего расхода, реальное концентри­рование солей в них может увеличивать солесодержание в 20 раз, т. е. до уровня, опасного для материалов градирни, циркуляцион­ных водоводов, конденсаторных трубок.

Сброс продувочных вод градирен в пруд-охладитель позволит работать без концентрирования солей. При этом для уменьшения солесодержания продувочной воды градирен до уровня, характерного для исходной воды, при необходимости можно использовать мембранные или испарительные установки. Хотя в настоящее время они требуют больших затрат и связаны с необходимостью утилизации солей, проработка такого метода очистки оправдана с учетом предстоящего введения высокой платы за воду. Эти установки могут быть также одновременно частью систем подготовки воды на восполнение пароводяных потерь ТЭС и тепло­сети.

Обессоливание подпиточной воды градирен при невозмож­ности создания пруда-охладителя потребует больших дополни­тельных капитальных и эксплуатационных затрат. Запасным вариантом может быть применение «сухих» воздушных градирен Геллера, надо учитывать только, что они снижают экономичность ТЭС на 7-8%.

Поверхностные сточные воды . Эти сточные воды содержат, как правило, взвешенные вещества и в зависимости от культуры эксплуатации оборудова­ния и содержания территории ТЭС могут загрязняться минераль­ными солями и нефтепродуктами. Схемы сбора, очистки и исполь­зования поверхностного стока практически отсутствуют.

В масштабах отрасли использование поверхностных сточных вод в технологическом цикле электростанций может дать экономию десятков млн. м3 свежей воды в год. Для этого необходимо при проектировании ТЭС предусматривать емкости для приема ливневых и талых вод, очистные сооружения для очистки их от нефтепродуктов и взвешенных веществ.

Общим недостатком водного хозяйства ТЭС является расточи­тельное расходование свежей воды. До настоящего времени не проектируются раздельные системы канализации для чистых и загрязненных сточных вод. Объединенная канализация приводит к тому, что общее количество сточных вод увеличивается, а кон­центрация загрязнителей уменьшается, осложняя очистку. Нефтесодержащие сточные воды после установок по очистке от нефтепродуктов часто не направляются на повторное исполь­зование. Вода, используемая для охлаждения пробоотборных устройств, цилиндров компрессоров и другого оборудования, как правило, сбрасывается в общий поток сточных вод, хотя и не является загрязненной. По данным обследований, для каждой станции мощностью от 400 до 1500 МВт неэкономное расходование воды увеличивает количество сточных вод на 1 млн. м3 в год.

Целесообразно сооружать на ТЭС резервные емкости для сбора чистых потоков сточных вод (или сточных вод после очистки), которые бы обеспечивали стабильное повторное исполь­зование сточных вод и условия эксплуатации оборудования, например водоподготовительного, не зависящие от колебания расходов сточных вод.

Электростанции необходимо оснащать приборами для контроля за расходованием воды в различных системах водного "хозяйства.

Расход воды на ТЭС

КЛАССИФИКАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД ТЭС

Основные термины по водопотреблению и водоотведению

Основные термины по водопотреблению и водоотведению

Основные термины по водопотреблению и водоотведению

Основные термины по водопотреблению и водоотведению

Основные термины по водопотреблению и водоотведению

Классификация и характеристика сточных вод

Общий баланс воды на ТЭС

Полное водопотребление

Соотношение между расходом охлаждающей воды и отработанным паром

Использование низкопотенциального тепла

Регенерационные сточные воды ВПУ

Сброс таких вод в водоемы запрещен

Паропреобразовательные установки

Замазученные и замасленные воды

Нормативный расход замазученных сточных вод

Сточные воды химических промывок и консервации оборудования

Технология промывок и состав реагентов

Гидрази́н (диамид) H2N-NH2

Концентрация веществ в сточных водах после химических очисток котлов, мг/кг

Сточные воды обмывки наружных поверхностей нагрева котлов

Количество обмывочных вод

Средний состав обмывочных вод РВП мазутных котлов.

Продувочные воды оборотных систем ГЗУ

Поверхностные ливневые и талые воды

Нормирование загрязняющих веществ в сбросных водах ТЭС

Обязательный перечень нормируемых и контролируемых показателей состава сточных вод ТЭС

Методы очистки сточных вод, схемы очистки и утилизации очищенных вод

Механическая очистка сточных вод

Химическая очистка сточных вод

Физико-химическая очистка сточных вод

Степень очистки сточных вод

Флотация

Флотатор Flotomax

Фильтр-флотатор для очистки замасленных сточных вод

После очистки

Сокращение количества и очистка сточных вод химических промывок и консервации оборудования

Обезвреженная вода может быть использована

Argel