Учебник по Природоохранным технологиям на ТЭС

ют известковым молоком до pH = 9,0–9,5. В образующемся шламе содер% жание V2O5 достигает 5 %, а гипса – более 50 %. В этом заключается недо% статок одноступенчатой обработки обмывочных вод, что ограничивает возможность использования образовавшихся шламов в металлургии.

При обработке обмывочных вод в две ступени (рис. 3.4) на первом этапе добавляют гидроксид натрия до pH = 4,5–5,0.

9 10

8

7

11 12

Рис. 3.4. Схема установки для обезвреживания и нейтрализации

вдве стадии обмывочных вод котлов и РВП:

1 – бак для первой стадии обработки воды; 2 – бак для второй стадии обработки воды; 3 – бак осветленной воды; 4 – перекачивающий насос; 5 – шламовый насос;

6 – насос осветленной воды; 7 – пресс#фильтр; 8 – обмывочная вода; 9 – подача едкого натра или аммиака; 10 – подача известкового молока;

11 – на шламоотвал; 12 – на повторное использование

Объем шлама после пяти%шестичасового отстаивания в баке для первой стадии обработки воды составляет в среднем 20 % объема обмы% вочной воды и содержит до 5,5 % твердого вещества, в том числе:

•соединения ванадия V2O5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20–30 %;

•соединения железа Fe2O3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40–60 %;

•гипс CaSO4.2H2O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6–10 %;

•другие вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10–20 %.

Осветленную воду перекачивают во второй бак%нейтрализатор и об% рабатывают известковым молоком до pH = 9,5–10,0. После семи%вось% мичасового отстаивания объем шлама составляет около 25 % объема об% работанной воды, а концентрация твердого вещества в нем достигает 9 %.

171

Основные компоненты этого шлама:

•соединения железа Fe2O3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35–40 %;

•соединения никеля и меди NiO3 и CuO . . . . . . . . 2–3 %;

•гипс CaSO4.2H2O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40–55 %;

•другие вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10–15 %.

Кроме того, в осадке содержится инертная часть известкового мо% лока.

Повышенное содержание ванадия в шламе, полученном на первой ступени, упрощает его использование в металлургии.

Экспериментально отработана технология, включающая в себя на% грев воды до кипения при добавлении соды и окислителей (pH = 1,4–2). При этом концентрация V2O5 в осадке достигает 60 %.

Шлам после второй стадии обработки направляется на шламона% копитель с противофильтрационным покрытием, объем которого рас% считывается на 10 лет работы ТЭС на полной проектной мощности. Осветленная вода после второй ступени обработки и из шламонакопи% теля используется снова для обмывки. Эти воды имеют обычно pH от 9,5 до 10,0 и содержат около 2 кг сульфата кальция на 1 м3. Концентра% ция ванадия, никеля, меди и железа в них обычно не превышает 0,1 г/м3 [44]. В связи с использованием едкого натра на первой стадии обработ% ки в этих водах происходит накопление сульфата натрия.

При обмывке пиковых котлов на пылеугольных ТЭС для нейтра% лизации применяют известковое молоко или известковый шлам освет% лителя. Нейтрализованную воду и шлам допускается направлять в си% стему гидрозолоудаления при условии ее работы по замкнутой оборот% ной схеме и соблюдения водного баланса системы. Система отведения обмывочных вод должна быть полностью изолированной и не иметь связи с другими системами водоотведения и выпуском вод в водоисточ% ник. При несоблюдении этих условий для хранения шламов сооружает% ся отдельный недренируемый шламонакопитель.

Недостаток существующих технологических схем – трудности со% блюдения техники безопасности, что связано с повышенной токсично% стью сточных вод и шламов.

3.4.4. Создание бессточных систем гидрозолоудаления

Все системы ГЗУ на существующих угольных ТЭС имеют продувку. Экологически и экономически приемлемые способы очистки дан% ного вида сточных вод в настоящее время еще не разработаны. Ситуа% ция осложнена тем, что в ГЗУ часто сбрасывают другие сточные воды с ТЭС. Обычно продувочные воды оставляют 1–3 % расхода осветлен%

172

ной воды. При этом концентрация вредных веществ в них велика, а вы% деление вредных веществ связано с большими капиталовложениями. Поэтому в настоящее время ограничиваются лишь обезвреживанием содержащихся в продувочной воде ГЗУ токсичных примесей. В то же время воды ГЗУ содержат весьма ценные элементы (германий, мы% шьяк, ванадий и др.), использование которых могло бы полностью оправдать затраты на очистку [14, 20, 29]. Наиболее широко для обез% вреживания продувочных вод ГЗУ используется известь. В результате образуются малорастворимые соединения, содержащие мышьяк [Ca3(AsO4)2, Ca3(AsO3)2 или Ca(AsO2)2], фтор (CaF2), хром [Cr(OH)2], ко% торые выпадают в осадок и отделяются от воды.

Применение одной лишь извести далеко не всегда позволяет очи% стить воду до ПДК по этим элементам, что допускало бы сброс ее в водо% емы. Для более глубокой очистки дополнительно применяются и другие реагенты (соли железа, магния, алюминия и др.). В ряде случаев может потребоваться доочистка сорбцией. В качестве сорбентов предлагается использовать различные ионообменные смолы и специально синтезиру% емые гидроксиды поливалентных металлов (железа, алюминия, титана, марганца, меди и др.) [29]. Для реализации этих технологий необходимы крупномасштабные исследования и большие капиталовложения.

Наиболее реальный путь – это создание оборотных систем ГЗУ без продувок. Для этого необходима реконструкция всех систем водополь% зования с исключением сброса в систему ГЗУ ливневых вод, продувоч% ных вод градирен, минерализованных сточных вод ВПУ. Если позволя% ет водный баланс, целесообразно сохранить подачу в эту систему про% дувочных вод осветлителей и сточных вод от химических очисток обо% рудования.

Таким образом, необходимо создать оборотные системы ГЗУ с де% фицитным водным балансом, а также внедрить установки сгущения пульпы.

Радикальным решением этой проблемы может стать переход на систему сухого разделения золы и шлака, которые обладают ценными свойствами как строительные материалы.

3.4.5. Очистка поверхностных сточных вод ТЭС

Технология обработки и пути утилизации поверхностных сточных вод зависят от их количества и конкретного состава. Основные загряз% нители этого типа сточных вод, как отмечено ранее, – нефтепродукты и взвешенные вещества.

173

В целях уменьшения выноса загрязняющих веществ с поверхност% ным стоком необходимо предусматривать различные организационные мероприятия: исключение сброса в дождевую канализацию загрязняю% щих веществ; организацию регулярной уборки территории; проведение своевременного ремонта дорожных покрытий; ограждение зон озеле% нения бордюрами, исключающими смыв грунта во время ливневых дождей на дорожные покрытия; упорядочение складирования нефте% продуктов, кислот, щелочей, солей и других веществ, которые могут за% грязнять поверхностный сток и др.

Система отведения поверхностных сточных вод с территории электростанции должна быть, как правило, самостоятельной и не иметь связи с другими системами водоотведения (до очистки поверх% ностного стока).

Для уменьшения загрязнения почв, грунтов и подземных вод на ТЭС должны быть предусмотрены локальные очистные сооружения поверхностных сточных вод. На рис. 3.5 приведена принципиальная схема очистки поверхностных вод, рекомендованная для энергетиче% ских предприятий.

Поверхностные сточные воды с производственных территорий, проходя через решетку, собираются в емкости%отстойнике 1, из которо% го насосами 2 откачиваются в верхнюю часть пневматической флота% ционной машины типа ПФМ%0,5 с тонкослойным блоком осветления. Вода собирается в резервуаре 5 и затем дочищается в механических фильтрах 7.

Рис. 3.5. Принципиальная схема очистки поверхностных вод:

1 – резервуар грязной воды; 2 и 6 – перекачивающие насосы; 3 – флотатор; 4 – емкость для сбора пенопродукта; 5 – резервуар чистой воды; 7 – фильтры

174

Для проектируемых ТЭС сброс сточных вод после очистных сооруже# ний в водоемы не допускается, поэтому проектная схема должна предус% матривать их использование для технологических целей ТЭС. Возмож% на их подача в системы ГЗУ или СОО, использование в качестве исход% ных на ВПУ или сброс в городскую канализационную систему. Для действующих ТЭС по согласованию допускается сброс в водоемы, если их состав близок к составу воды в этом водоеме [41].

На большинстве действующих ТЭС отсутствует система очистки этих сточных вод. На некоторых имеются типовые установки ВНИИ% ВОДГЕО – пруды%отстойники с хворостяными фильтрами.

Другой способ очистки сточных вод – сбор в специальные емкости и очистка на установках, включающих в себя отстойники и фильтры, загруженные антрацитом или активированным углем. Отстойник дол% жен быть оборудован устройствами для равномерного (по ширине) впуска и выпуска сточных вод, а также устройствами для задержания и периодического удаления всплывающих примесей (нефтепродуктов) и накапливающегося осадка. Всплывающие примеси отводятся в спе% циальные сборники, где выдерживаются в течение нескольких суток для отделения нефтепродуктов. Нефтепродукты направляются на сжи% гание, а вода и шлам – обратно в отстойник.

Удаление осадка из отстойника осуществляется с помощью гидро% элеваторной установки или насосами, предназначенными для перекач% ки шламов с высоким содержанием механических примесей. Обезво% живание осадка происходит на иловых площадках, которые разделяют% ся на карты, оборудованные устройствами для отвода иловой воды.

На пылеугольных ТЭС допускается подача осадка без обезвожива% ния в систему ГЗУ, на газомазутных ТЭС осадок после обезвоживания складируется в специально отведенных местах по согласованию с мест% ными контролирующими органами. Воду после отстойников напра% вляют на доочистку в механические фильтры и затем используют на другие технологические цели вместо природной.

3.4.6. Утилизация сточных вод водоподготовительных установок

Для утилизации сточных вод предочистки на ТЭС сооружают шла% моуплотнительные станции, в которых шлам обезвоживается, а вода возвращается в технологический цикл. Обезвоженный шлам осветли% телей, прежде всего известковый, используется для производства изве% сти, в строительстве, для раскисления почв и т. п.

Значительно более сложной оказалась проблема сокращения и утилизации сточных вод ионообменной части ВПУ. Увеличение мине%

175

рализации исходной воды приводит к значительному росту расхода ре% агентов на регенерацию с соответствующим увеличением количества сточных вод и их минерализации.

В то же время имеется довольно много сведений о разработке и создании «бессточных» и даже «безотходных» ВПУ на ТЭС. Разработа% ны «Методические указания по проектированию обессоливающих установок с сокращенными расходами реагентов и сокращенными сто% ками» [45].

Предлагается многократное использование регенерационных сточных вод в цикле ВПУ и применение более совершенных техноло% гий ионного обмена.

Эффективным методом снижения расхода реагентов и соответ% ствующего уменьшения сброса сточных вод и минеральных примесей может стать замена традиционного для отечественной практики много% ступенчатого прямоточного химического обессоливания на противо% точное. Применение даже самых совершенных технологий ионного об% мена не может исключить образования сточных вод повышенной ми% нерализации. В связи с этим разработано большое число способов об% работки и утилизации регенерационных сточных вод ВПУ, в том числе получение их в виде растворов, пригодных для применения в сельском хозяйстве (в виде удобрений). Применение мембранных установок для концентрирования сточных вод и их регенерации с получением исход% ных растворов кислоты и щелочи, сброс стоков в топки паровых кот% лов, впрыск стоков в дымоходы котлов перед электрофильтрами, вывоз продуктов упаривания стоков в моря и океаны и др.

Один из вариантов повторного использования регенерационных сточных вод Na%катионитных фильтров реализован на ряде районных тепловых станций МГП «Мостеплоэнерго». Принципиальная схема установки приведена на рис. 3.6.

Исходная вода 1 из городского водопровода подвергается двухсту% пенчатому Na%катионированию в фильтрах 2 и 3, и после деаэрации в деаэраторе 4 обработанная вода 5 подается на подпитку закрытой те% плосети. Воды взрыхления Na%катионитных фильтров 2 и 3 собирают% ся в баке 6, осветляются в механическом фильтре 7 и собираются в ба% ке 8, в который направляется также маломинерализованная часть 9 от% мывочных вод фильтров 2 и 3.

Регенерационные сточные воды 10 фильтров 2 и 3 с концентраци% ей солей более 3 кг/м собираются в баке%кристаллизаторе 11, где обра% батываются известью И, количество которой в 1,3 раза превышает кон%

176

с частичной утилизацией сточных вод

Осветленный раствор 12 пропускается через механический фильтр 13, затем доукрепляется хлоридом натрия до концентрации 85–115 кг/м3 и используется для регенерации фильтров 2 и 3. Осадок 15 из бака 11 подается на вакуум%фильтры или фильтры%прессы 16. Ча% стично обезвоженный осадок 17 вывозится автотранспортом.

Так как количество минерализованных регенерационных сточных вод 18 всегда превышает количество регенерационного раствора 14 на часть отмывочных вод, для обеспечения баланса потоков, избыток этих сточных вод 19 сбрасывается в городскую канализацию. Сточные воды из бака 8 используются для взрыхляющей промывки фильтров 2 и 3, а их избыток 20 смешивается с исходной водой 1. Реализация этой технологии позволила на 55–60 % сократить количество сбрасываемых в канализацию солей.

Значительное сокращение сброса сточных вод достигается при ра% циональной эксплуатации установок химического обессоливания до% бавочной воды котлов и установок умягчения подпиточной воды те% плосети. Так на рис. 3.7 представлена принципиальная схема подготов% ки подпиточной воды теплосети с открытым водоразбором горячей во% ды и обессоленной добавочной воды котлов давлением 13,6 МПа.

Исходная водопроводная вода 1 поступает на Н%катионитные фильтры 2, а затем в декарбонизаторы 3. Основной поток декарбонизи% рованной воды подается в теплосеть, а ее часть 5 поступает на ХОУ 6. Обессоленная вода 7 используется для подпитки котлов.

177

Рис. 3.7. Принципиальная схема ВПУ с утилизацией сточных вод

Взрыхляющая вода и маломинерализованная часть отмывочных вод процесса регенерации фильтров 2 собираются в отстойнике 8. Пе% ресыщенные по сульфату кальция сточные воды подаются снизу вверх в кристаллизатор 9, где во взвешенном состоянии находится ранее об% разовавшийся гипс (CaSO4.2H2O).

Осветленная вода из аппаратов 8 и 9 собирается в баке 10 и исполь% зуется при взрыхлении, регенерации и отмывке фильтров 2. Для реге% нерации этих фильтров применяются также кислые сточные воды 11 ХОУ 6. Избыток осветленного раствора 12 из бака 10 направляется в ре% актор 13. Осадки из аппаратов 8 и 9 подаются на ШУС 14 и 15.

Фильтрат этих ШУС вместе с потоком 12 подается в реактор 13, где смесь обрабатывается отработанными щелочными растворами 16 ХОУ 6. В результате образуется осадок, основным компонентом кото% рого является гидроксид магния. Осадок обезвоживается на ШУС 17, а осветленный раствор 18 смешивается с декарбонизированной водой 4, подаваемой в теплосеть.

Частично обезвоженные на ШУС осадки 19 и 21, содержащие со% ответственно продукты взрыхления фильтров 2, гипс и гидроксид маг% ния пригодны для полезного использования либо длительного безопас% ного хранения.

На рис. 3.8 приведена схема выпарного аппарата мгновенного вскипания для получения дистиллята из засоленных стоков, исполь% зующего тепло уходящих дымовых газов. Образовавшийся дистиллят возвращается в основной цикл ТЭС.

178

Рис. 3.8. Принципиальная схема установки для получения дистиллята:

1 – скруббер; 2 – многоступенчатый испаритель мгновенного вскипания;

3 – узел подготовки исходной воды

Мировой и отечественный опыт показывает, что утилизация ми% нерализованных сточных вод в настоящее время может быть реально осуществлена только путем испарения в испарителях либо путем их естественного упаривания (в регионах с благоприятным климатом) и выделения минеральных компонентов в твердом виде.

На рис. 3.9 представлена принципиальная технология утилизации основной части минерализованных сточных вод Саранской ТЭЦ%2.

7

Ʉɨɧɞɟɧɫɚɬ

5

6

Рис. 3.9. Установка для переработки сточных вод Саранской ТЭЦ#2

179

По этой схеме продувочная вода СОО направляется в осветли% тель 1, где обрабатывается раствором извести и коагулянтами. Далее вода очищается в механических фильтрах 2 и поступает на Na%катиони% товые фильтры 3. Часть умягченной воды направляется на подпитку те% плосети, а другая часть смешивается с продувкой котлов и направляет% ся на испарительную установку 4. Полученный дистиллят направляет% ся в цикл паротурбинной установки на восполнение потерь пара, а про% дувка испарителя используется для приготовления регенерационного раствора для ионообменных фильтров в баке%реакторе 5. Избыток отработанного регенерационного раствора поступает на кристаллиза% тор 6, где нагревается паром и насыщается известью.

Врезультате такой обработки из сточных вод удаляется почти весь Mg и основная часть солей Ca. Умягченный щелочной раствор через пластинчатый осветлитель 7 сбрасывается в осветлитель 1. Образовав% шиеся шламы обезвоживаются и перерабатываются.

3.4.7.Безреагентные методы обработки сточных вод

Вмировой практике широкое распространение получили мем% бранные методы обработки исходных и сточных вод с целью снизить негативное воздействие ВПУ на окружающую среду.

Внастоящее время в нашей стране в системах водоподготовки электростанций работают около десятка установок обратного осмоса (УОО) [26] и электродиализных установок (ЭДУ) [27]. Проводится про% мышленная апробация УОО производительностью 50 м/ч на ТЭЦ%23 ОАО «Мосэнерго». На Нижнекамской ТЭЦ%1 запущена в опытную эксплуатацию импортная УОО производительностью 170 м /ч.

Обе установки включены перед установками химического обессо% ливания (ХОУ). Полученные результаты подтвердили высокое качество фильтрата, которое позволяет значительно сократить расход реагентов на его последующее дообессоливание.

При работе по такой схеме сброс сточных вод может быть полно% стью исключен, а расход хлорида натрия сведен до минимума. Достига% ется это использованием более дорогой соды С, а также извести И.

Разработан целый ряд проектов и для отечественных предприятий. Так, планируется использование УОО на одной из районных тепловых станций МГП «Мостеплоэнерго». Принципиальная схема установки приведена на рис. 3.10.

Эта схема является результатом усовершенствования ранее опи% санной технологии утилизации сточных вод ВПУ, приведенной на рис. 3.6. Отличие заключается в использовании УОО 8 для концентри%

180