ОБМЕН ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ ОПЫТОМ

В последние годы вопросам энергоресурсосбережения в энергетике уделяется все большее внимание. Актуальность их связана, прежде всего, с техническим состоянием энергетического оборудования, более половины которого выработало свои нормативные ресурсы, с низкими темпами техперевооружения, что уже в ближайшем будущем приведет к снижению надежности и безопасности эксплуатации.

Совершенствованию систем водоподготовки ТЭС в этих вопросах отводится не последняя роль. Эффективность работы ВПУ с использованием новых технологий ионирования, испарительных установок, регенерационного оборудования и реагентов позволит повысить надежность и увели- чить срок службы энергетического оборудования, улучшить качество подпиточной воды, сократить объем сбросных вод и др.

Значительная доля затрат в этих технологиях приходится на ионообменные смолы, потребление которых (в основном импортных) исчисляется десятками тысяч тонн в год с ценовыми показателями в диапазоне от 4,0 до 10,0 тыс. дол т.

Миллионы долларов можно сэкономить и обеспечить требуемое качество питательной воды путем применения на ее предочистке активированных углей (АУ).

Речь идет о специализированных сорбентах – органопоглотителях, общая потребность в которых для энергетики оценивается РАО “ЕЭС России” в 80 тыс. т.

Новая внутрицикловая технология получения АУ [1, 2], основанная на методе термоконтактного коксования углей (ТККУ), с ее размещением в инфраструктуре угольных электростанций позволит обеспечить не только их широкомасштабное производство, но и снизить стоимость АУ в 3 – 4 раза по сравнению с существующими аналогами, а их применение только на предочистке ВПУ может повысить срок службы ионообменных смол в 2 – 2,5 раза.

Создание нескольких установок ТККУ на ТЭС (разработаны проекты для конкретных электростанций с окупаемостью до 1,5 лет) позволит РАО

“ЕЭС России” уже сегодня решить ряд водных проблем в энергетике, стать монополистом на рынке АУ в России (объем реализованной продукции российских и зарубежных фирм составляет на 2002 г. 20 – 25 тыс. т год), что интересно и с коммерческой стороны.

В данной статье мы хотели обратить внимание специалистов и руководителей энергетической компании на возможности применения АУ в решении водных проблем, в том числе и ресурсосберегающих.

Сорбционная очистка воды с помощью углеродных сорбентов – наиболее эффективный метод глубокой очистки воды. Фактическое применение сорбентов на ТЭС весьма ограничено из-за дороговизны выпускаемых промышленностью сорбентов, отсутствия специализированных сорбентов для решения задач ТЭС, а также вследствие недостаточной осведомленности энергетиков о возможностях сорбционной очистки.

Публикуемые далее результаты испытаний сорбентов БКЗ и АБД, производство которых планируется на Гусиноозерской ГРЭС и Костромской ТЭЦ-1, показывают, что имеются перспективы их широкого применения в энергетике. Наибольшая технологическая и экономическая эффективность может быть получена при сорбционной предочи- стке воды на ВПУ. Это может обеспечить существенное увеличение сроков службы дорогостоящих ионообменных смол, предотвращая их загрязнение органическими веществами, и ресурса работы оборудования энергоблоков, защищая его от коррозии.

Преимущества сорбционного способа очистки воды: извлечение из воды практически любых загрязнений, любая заданная глубина очистки, отсутствие вторичных загрязнений воды, отсутствие потребности в реагентах, единственный метод очистки от хемо- и биорезистентных загрязнений, возможность многократного использования сорбента путем его регенерации, простота техниче- ской реализации и обслуживания, безотходность процесса очистки воды от нефтепродуктов, масел, флотореагентов, СПАВ и других органических ве-

ществ, достигаемая путем сжигания отработанных сорбентов.

Кроме предочистки воды на ВПУ от органиче- ских веществ и очистки возвратных конденсатов, углеродные сорбенты могут эффективно применяться в энергетике для доочистки воды в системах оборотного водоснабжения, очистки сточных вод, продувочных вод гидрозолоудаления, охлаждающей воды, загрязняемой турбинным маслом, в отдельных случаях – для обезвреживания промывоч- ных растворов и др.

Сорбционная предочистка воды на ВПУ, помимо увеличения срока службы дорогостоящих ионообменных смол, обеспечивает уменьшение объема солевых стоков за счет сокращения числа регенерации и, главное, повышает ресурс работы оборудования энергоблоков, защищая его от кор- розионно-эрозионного разрушения, связанного с термолизом потенциально кислых органических веществ в пароводяном тракте [3].

Несмотря на свою эффективность и широкую сферу возможного использования, фактическое применение углеродных сорбентов на ТЭС весьма ограничено, в частности, из-за их высокой стоимости, достигающей 1,5 – 2,0 тыс. дол т.

С целью создания условий для широкого применения сорбентов в энергетике еще в Минэнерго

СССР была разработана новая технология получе- ния дешевых сорбентов (в 2,5 – 3 раза дешевле промышленных марок) на основе термоконтактного коксования углей, обеспечивающая возможность их массового производства и применения. Для ее реализации при ТЭЦ-1 Свердловэнерго была построена и освоена опытная установка промышленного масштаба [4 – 7]. Установка проработала более 10 тыс. ч и на ней были получены опытно-промышленные партии сорбентов: рядового (полидисперсного) полукокса, буроугольного кокса зернистого (БКЗ) и активированного буроугольного дробленого (АБД).

На ряде ТЭС и промышленных предприятий химслужбой Свердловэнерго, Уральским филиалом ВТИ, институтами ВНИИ ВОДГЕО, “Казмеханобр” и другими проведены испытания сорбентов, полученных из ирша-бородинского бурого угля на этой установке [8 – 17].

Далее дана сводка результатов этих испытаний, свидетельствующая о перспективности применения этих сорбентов в энергетике и промышленности.

Сорбционная очистка подпиточной воды. В качестве примера актуальности осуществления сорбционной предочистки подпиточной воды на ВПУ можно привести Киришскую ГРЭС Ленэнерго, на которой вынужденно приходится использовать воду с высоким содержанием органических веществ, что отрицательно сказывается на работе ВПУ.

Исследования сорбентов АБД и БКЗ были проведены на промышленной установке Среднеуральской ГРЭС и в цикле водоподготовки Тюменской

ТЭЦ. Были проверены: эффективность очистки воды от органических веществ и оксидов железа, химическая стойкость и механическая прочность материала, возможность восстановления сорбционной способности. В фильтры загружались сорбенты АБД и БКЗ, объем загрузки составлял 5 – 7 м3, скорость фильтрования 5 – 7 м ч. На стенде использовалась вода, поступающая на ВПУ.

По мере загрязнения сорбентов адсорбированными и взвешенными веществами увеличивалось гидросопротивление фильтров. По достижении перепада давления 0,1 – 0,15 МПа цикл очистки заканчивался. Удельное количество очищенной воды за цикл составляло 20 000 м3 ì3 ÀÁÄ è 10 000 ì3 ì3 ÁÊÇ.

Эффективность очистки воды на АБД выше, чем на БКЗ, как по органическим веществам, так и по оксидам железа. Снижение содержания органи- ческих веществ на АБД в начале цикла равнялось 40%, далее оставалось на уровне 22 – 24%. При среднем содержании железа в исходной воде 0,58 мг л глубина очистки составляла 0,23 мг л. За весь период испытаний отмечалось значительное снижение цветности воды (с 30 до 10°). Увели- чение содержания кремнекислоты в фильтрате от АБД не обнаружено; фильтрат БКЗ на 20% превышал содержание кремнекислоты, но только в первом цикле работы. В следующих циклах превышения содержания кремнекислоты не отмечалось.

Эффективность очистки могла быть заниженной вследствие присутствия в исходной воде взвешенных и коллоидных примесей, что было проверено в опытах на фильтрованной воде, которые показали, что глубина очистки от органических веществ значительно выше, когда очистке подвергается фильтрованная после коагуляции вода. Эффективность сорбции органических веществ из фильтрованной воды в среднем за один цикл до-

случае отмечается снижением эффективности сорбции органических веществ до 30%. Сорбционная емкость АБД по оксидам железа за рабочий цикл не исчерпывается. При этом эффективность очистки стабильная: 50% на АБД и 20 – 30% на БКЗ.

Проверялась химическая стойкость сорбентов по изменению химического состава фильтрата, который по всем показателям практически был стабильным: увеличения хлоридов, сульфатов и солесодержания не отмечалось.

Восстановление сорбционной способности сорбента АБД было получено путем его обработки щелочным раствором поваренной соли, которая проводилась в фильтрах. Фильтр заполнялся щелочным раствором поваренной соли и выдерживался в течение 10 – 12 ч, затем сорбент отмывался от продуктов регенерации. В этом режиме из сорбента АБД удалялось до 70% органических веществ.

Результаты исследований показали высокую эффективность очистки воды от органических веществ и оксидов железа на сорбенте АБД. Он может быть рекомендован в качестве сорбента при очистке воды и конденсата от органических веществ и железа.

Химслужбой Свердловэнерго были выполнены сравнительные исследования по очистке подпиточной воды горячего водоснабжения с помощью сорбентов АБД и БАУ [9].

В питьевой воде, поступающей на тепловые источники, всегда содержатся коллоидные органи- ческие примеси и перманганатная окисляемость находится в пределах 7 – 10 мг О2 êã.

Сорбционной очистке подвергались холодная питьевая и горячая сетевая вода. Эффективность процесса оценивалась по снижению окисляемости, цветности, содержания железа. Количество пропускаемой через фильтры воды составляло примерно 5000 м3 íà 1 ì3 сорбента. Продолжительность рабочих циклов адсорбентов определялась по повышению перманганатной окисляемости и цветности очищенной воды. В начале цикла на активированном угле АБД удалялось 75 – 85% органических примесей, в течение цикла – примерно 60%, цикл заканчивался при достижении значения перманганатной окисляемости 40 – 50% исходного и цветности 20°. Глубина очистки в те- чение цикла составляла 0,8 – 4,0 мг О2 кг по перманганатной окисляемости. На БАУ в течение цикла задерживалось не более 20% органических примесей при глубине очистки 5,6 – 6 мг О2 кг и цветности не ниже 30°. Емкость активированного угля АБД по органическим примесям достигает 19 – 20 кг м3, а БАУ – не более 1,6 – 2 кг м3.

Результаты исследований показали высокую эффективность очистки питьевой воды от органи- ческих примесей и железа активированным углем АБД и меньшую эффективность угля БАУ.

Исследования по сорбционной очистке конденсата. В [4] отмечено несоответствие пористой структуры активированного угля БАУ (ГОСТ 6217–74) и предусмотренного нормативами Минэнерго его использования для очистки конденсатов от мазута и масел. Активированный уголь БАУ имеет эффективный радиус основной части пор не более 4 нм (4 10 – 9 м). Подавляющая же часть масла и мазута в сточных водах ТЭС имеет большие размеры молекул, поэтому внутренняя поверхность активированного угля почти не используется. Если учесть также высокую стоимость угля марки БАУ, то станет очевидной нецелесообразность его применения для очистки сточных вод ТЭС от масла и мазута.

С целью выяснения возможности замены активированного угля БАУ более дешевым сорбентом БКЗ на Среднеуральской ГРЭС были проведены

сравнительные испытания этих сорбентов при очистке конденсата от масла и мазута [10, 11].

Определялись химическая стойкость, механи- ческая прочность, сорбционная способность материалов и эффективность различных режимов восстановления сорбционной способности полукокса. Механическая прочность полукокса соответствовала требованиям, предъявляемым к фильтрующим материалам водоподготовительных установок. Химический состав воды по всем показателям практически оставался стабильным. Незначительное повышение жесткости и содержания кремнекислоты было отмечено в очищенной воде лишь в начале первого цикла. После пропускания через фильтр 500 т воды (78 м3 íà 1 ì3 сорбента) значе- ния этих показателей снизились до значений их в исходной воде. На протяжении всех проведенных циклов в фильтрате заметно снижалось содержание железа и органических веществ. Значительного изменения фракционного состава за период испытания полукокса не отмечалось.

Эффективность очистки конденсата на полукоксе сравнивалась в идентичных условиях с эффективностью активированного угля БАУ. Сорбенты были загружены в два параллельно подключенных напорных фильтра диаметром 2,6 м (БКЗ) и 3,0 м (БАУ). Высота загрузки обоих фильтров равнялась 1,2 м, а объем загрузки составил 6,4 и 8,5 м3 соответственно. Рядовой полукокс содержал 60% фракции меньше 0,5 мм и его загрузка в фильтр производилась гидравлическим способом с отмывкой от мелочи и пыли непосредственно в фильтре, после чего полукокс имел фракционный

(1,0 2,0) мм – 25,3; (2,0 3,0) мм – 2,0. С целью предотвращения выноса мелких частиц полукокса из фильтра дренажная система фильтра полукокса закрывалась антрацитом фракции 3 мм. На фильтры подавалась сырая вода с примесью турбинного масла Тп-22 или мазута М-100. Для получения равномерной эмульсии вода с нефтепродуктами перед подачей на фильтры перемешивалась в циркуляционных баках. Скорость фильтрации составляла 6 м ч.

Степень очистки на полукоксе при исходном содержании турбинного масла 5 мг л составляла 93,5%, а в фильтре с БАУ – 92%; глубина очистки при этом была равна 0,36 и 0,42 мг л. Через 1 м3 сорбентов пропускалось примерно 5000 м3 очищаемой воды. Увеличение степени очистки (до 95,3% в фильтре с полукоксом и до 94% в фильтре с БАУ) было получено при содержании масла в исходном растворе 10 мг л, при этом глубина очистки составила 0,47 и 0,6 мг л. Исследовалась также очистка воды с содержанием мазута 5 – 19 мг л: степень очистки достигала 95%.

Удельное количество очищенной воды за цикл составляло 1000 м3 íà 1 ì3 сорбента при исходном содержании нефтепродуктов 10 мг л и остаточном содержании не выше 0,5 мг л. После пропарки сорбента при t = 150°С в течение 45 мин с последующей промывкой горячей сетевой водой (t = 75 85°С) с интенсивностью 5 л (с м2) в те- чение 1 ч из сорбента удалялось 58% масла, поглощенного за рабочий цикл.

Проведенные испытания показали, что по эффективности очистки конденсата от нефтепродуктов полукокс превосходит БАУ по КПД и глубине очистки, характеризующейся остаточным содержанием нефтепродуктов в фильтрате. На основании полученных результатов полукокс был рекомендован химслужбой Свердловэнерго для промышленного применения.

Â[12] рассмотрены перспективы применения сорбента АБД для очистки производственных конденсатов. ТЭС, снабжающие паром химические предприятия, получают обратно конденсат, загрязненный веществами, участвующими в технологи- ческих процессах предприятий.

Возвратные конденсаты могут быть загрязнены и специфическими примесями, состав которых зависит от технологических процессов, потребляющих пар, и продуктами коррозии конструкционных материалов. Состав примесей разнообразен – это нефтепродукты, широкая гамма различных органических соединений, щелочные соли, алюминаты, оксиды металлов.

Принятая система очистки производственных конденсатов предусматривает удаление из них механических примесей, главным образом, малорастворимых оксидов конструкционных материалов и электролитов. При этом многие вещества, специфические для технологии снабжаемых паром предприятий, практически не удаляются.

Так, в конденсатах остаются галоидозамещенные углеводороды (хлороформ, дихлорэтан, четыреххлористый углерод и др.), спирты, альдегиды, сложные и простые эфиры, азотсодержащие соединения и др. Поступление их в основной цикл ТЭЦ приводит к интенсивной коррозии оборудования, так как при термолизе некоторые соединения образуют сильные кислоты. Коррозия поражает металл котлов и питательного тракта, паровой тракт, включая элементы паровых турбин, за счет продуктов термолиза, переносимых водяным паром.

Âэтой связи требуются сорбенты, применение которых, в первую очередь, потребителям пара позволило бы очистить конденсат от загрязнений, а на ТЭС за счет дублирования процесса очистки должно быть полностью исключено попадание загрязнений в пароводяной тракт.

Применение некоторых новых сорбентов для очистки производственных конденсатов было опробовано в ВТИ. Особенно перспективным оказался сорбент АБД. Исследования показали высо-

кую сорбционную способность АБД по отношению к органическим веществам, в том числе, содержащимся в природных водах.

Выполненные эксперименты дали основание рекомендовать проектным организациям рассмотреть практическую целесообразность включения сорбционных фильтров с АБД в схему очистки производственных конденсатов.

При этом необходимо учесть, что сорбент АБД значительно полнее поглощает органические вещества при низких температурах фильтруемой воды. Повышение ее температуры до 80 – 100°С заметно снижает эффект сорбции. Степень поглощения некоторых веществ зависит также от значе- ния рН обрабатываемого конденсата, что может повлиять на выбор места включения сорбционного фильтра, например, до или после Н-катионит- ного фильтра.

Истощенный сорбционный материал может быть регенерирован либо на самой ТЭЦ, либо на специализированном предприятии.

Â[13] на основании сравнения полученных на сорбентах БКЗ и АБД изотерм адсорбции для различных веществ (фенол, оксиды железа) сделан вывод о существенных преимуществах сорбента АБД. В связи с наличием в водах системы гидрозолоудаления (ГЗУ) фтора и мышьяка на электростанциях, работающих на экибастузских, богословских и челябинских углях, изучался вопрос сорбционной очистки воды от F и As на сорбентах БКЗ и АБД. Установлено, что хотя сорбционная емкость АБД по этим веществам выше, чем БКЗ, но она недостаточна для практического использования АБД для очистки воды.

Â[14] отмечено, что спецификой вод из поверхностных источников, используемых для действующих ВПУ ТЭС Свердловэнерго, является нали- чие значительного содержания органических веществ, большую часть которых составляют фульвовые кислоты, плохо удаляемые коагуляцией. В связи с этим, наряду с наладкой режима фильтрации на осветлительных фильтрах, на ТЭС осуществлялась проверка эффективности очистки исходной воды от органических веществ различными сорбентами в лабораторных и в промышленных условиях. Технология сорбционной очистки воды находит пока ограниченное применение в практике подготовки добавочной воды в котлы, подпиточной воды в схемах для горячего водоснабжения (ГВС) и питьевой воды, что по мнению автора [14] происходит из-за отсутствия установок и технологий по термической регенерации сорбентов. Наряду с этим, главной причиной ограниченного применения сорбентов для указанных целей является их высокая стоимость, достигающая 2 – 3 тыс.

äîë ò.

Химической службой были проведены стендовые испытания сорбентов БАУ, ДАК, АГ-3, АГ-ОВ и АБД, в результате которых было установлено,

что по эффективности очистки воды от органики сорбенты располагаются в следующей последовательности: АБД АГ-3 АГ-ОВ ДАК БАУ. Наибольшую эффективность имеет АБД, сорбционная емкость которого по органике составляет 10,8 кг м3, сорбционная емкость АГ-3 и БАУ соответственно 3,45 и 2,7 кг м3.

Очевидное превосходство сорбента АБД над другими испытанными марками промышленных сорбентов, по-видимому, связано со специфиче- ской мезопористой структурой АБД. По данным, приведенным в [4], объем мезопор сорбентов АБД, АГ-3 и БАУ соответственно составляет 0,337, 0,125 и 0,095 см3 ã.

Сорбционная очистка сточных вод на ТЭС. Промышленные испытания по очистке сточных вод от нефтепродуктов и масел с помощью сорбентов ТККУ были выполнены на Кармановской ГРЭС [15] и ÒÝÖ-21 Мосэнерго [16].

На Кармановской ГРЭС рядовой полукокс [меньше 0,5 мм – 55%, (0, 5 1,0) мм – 28%, (1,0 2,0)мм – 17%] загружался в фильтр второй ступени очистных сооружений нефтесодержащих сточ- ных вод. Диаметр фильтра 3,0 м, высота загрузки полукокса 1,5 м.

Скорость фильтрации составляла 7 – 10 м ч; содержание нефтепродуктов в воде перед фильтром – 1,1 – 2,7 мг л, после фильтра – не более 0,6 мг л. Эффективность очистки воды – 87%. За 6 мес эксплуатации было обработано более 217 тыс. т сточных вод или более 20 700 м3 íà 1 ì3 полукокса.

Опыты были также проведены в лабораторных условиях. Содержание турбинного масла Тп-22 в исходной воде составляло 3,5 – 15,0 мг л, а в фильтрате 0,0 – 1,0 мг л, средняя эффективность очистки воды от масла составляла 92%, маслоемкость – 25 кг на 1 т сорбента.

В [15] отмечено, что по механической прочности полукокс не уступает широко применяемым сорбентам, по маслоемкости уступает активированному углю, но не хуже антрацита. Сделан вывод, что полукокс из ирша-бородинского угля Кан- ско-Ачинского бассейна целесообразно применять для загрузки фильтров очистных сооружений загрязненных нефтью сточных вод на ТЭС с замкнутым циклом водоснабжения.

На ТЭЦ-21 Мосэнерго аналогичные испытания по очистке нефтесодержащих сточных вод проводились на сорбенте БКЗ – обеспыленном полукоксе ирша-бородинского угля [16].

Отсеянный от мелких фракций и промытый горячей водой полукокс загружался в фильтр диаметром 3,4 м и высотой 3,15 м. Высота загрузки составляла 1 м. В такой же фильтр загружался активированный уголь марки КАД-йодный и с такой же высотой загрузки. Вода в фильтры поступала после механических антрацитовых фильтров. На

полукоксе и угле КАД-йодный было очищено по 100 тыс. м3 воды с исходной концентрацией нефтепродуктов в среднем 3,7 мг л до концентрации 1,5 мг л и из воды было извлечено 200 кг нефтепродуктов. Концентрация нефтепродуктов в воде после очистки на БКЗ и КАД составляла 1,5 – 1,6 мг л. Фильтр на БКЗ проработал без догрузки на ТЭЦ-21 более 2 лет. Авторами работы сделан вывод, что сорбент БКЗ не менее эффективен, чем активированный уголь КАД и его целесообразно использовать в схемах очистки нефтесодержащих стоков для их повторного использования.

Проведенные сравнительные лабораторные исследования по очистке воды на сорбенте БКЗ и активированном угле ДАК от мазута М-100 и турбинного масла Тп-22 при исходной концентрации 0,3 – 20 мг л показали, что эффективность очистки на БКЗ при всех концентрациях и температурах превышает или близка к таковой для активированного угля и лежит в пределах 70 – 95%.

По своей маслоемкости, равной 0,4 мл г, БКЗ уступает углям ДАК и БАУ, имеющим маслоемкость 0,7 и 1,0 мл г соответственно.

Высокая стоимость и дефицит активированных углей марок БАУ, ДАК и КАД, применяемых для очистки нефтесодержащих сточных вод на ТЭС, вынуждает изыскивать новые, более дешевые и доступные фильтрующие и сорбирующие материалы.

С этой целью в УралВТИ [17] было проведено сравнительное исследование эффективности очи- стки воды, содержащей примесь турбинного масла марки Тп-22 и мазута М-100, при использовании в качестве фильтрующего материала и сорбента полукокса БКЗ, и отходов различных производств: дробленый антрацит, кварцевый песок, гранулированный доменный и мартеновский шлак (три вида), котельный шлак, шлаковая пемза (легкая фракция доменного шлака), горелая порода терриконов, керамзит, шамот, бой угольных электродов, пековый электродный кокс, нефтяной, литейный, графитированный коксы, феррохромовый шлак, а также использовался активированный уголь БАУ.

Пригодность материала в качестве сорбента оценивалась по его способности к сорбции нефтепродуктов, по механической прочности и по хими- ческой стойкости к фильтруемой воде. Концентрация турбинного масла Тп-22 и мазута М-100 в воде составляла 2 – 50 мг л. Вода фильтровалась через слой сорбента 400 мм фракции 0,5 – 2 мм со скоростью 5 м ч, диаметр фильтрующей колонки – 25 мм, температура обрабатываемой воды 20 – 25°С.

Наибольшая эффективность очистки от масла достигалась на полукоксе БКЗ: при исходной концентрации масла 3,8; 13,6; 31,1 мг л достигались глубина очистки 0,1; 0,4; 0,3 мг л и КПД очистки 97,5; 97,0; 99,0% соответственно. По этим показа-

телям БКЗ превосходит активированный уголь БАУ, на котором при начальных концентрациях масла 2,4; 8,6; 33,6 мг л достигались глубина очи- стки 0,7; 1,4; 2,7 мг л и КПД очистки 71,0; 84,0; 94,5% соответственно. На других испытанных фильтрующих материалах остаточная концентрация была в пределах 0,4 – 0,7 мг л, а КПД очистки – в пределах 30 – 70% и лишь в отдельных случаях выше.

Таким образом, наибольшая эффективность очистки воды от масла достигалась на полукоксе БКЗ.

В опытах по очистке воды от мазута наименьшая остаточная концентрация мазута, равная 0,1 мг л, достигалась при всех значениях исходной концентрации (от 3,0 до 30,0 мг л) на активированном угле БАУ, литейном коксе и полукоксе БКЗ. На остальных материалах достигалась остаточная концентрация 0,2 – 0,3 мг л. Маслоемкость угля БАУ равнялась 0,89 г г сорбента, полукокса БКЗ – 0,18 – 0,28 г г, остальных исследованных материалов – 0,15 – 0,33 г г.

Механическая прочность по истираемости была получена удовлетворительной для всех испытанных сорбентов и составляла 0,2 – 0,9%, а для полукокса БКЗ – 0,1 – 0,2%. Измельчаемость всех материалов превышала норму, равную 4%, и лежала в пределах 5 – 15% (полукокс БКЗ – 6,2%).

Одним из требований, предъявляемых к каче- ству материалов, является их стойкость к фильтруемой среде – фильтруемая вода не должна обогащаться вредными веществами, вымываемыми из сорбентов.

В [17] в фильтрате определялись: рН, сухой остаток, окисляемость, содержание кремнекислоты, сульфатов, хлоридов, меди, железа, цинка, никеля, ванадия.

На полукоксе фильтрат обогащался кремнекислыми соединениями. Содержание кремнекислоты увеличивалось от 3,7 в исходной воде до 4,2 мг л в фильтрате. Вымывание кремнекислых соединений

2 – 3 сут. работы со скоростью 10 м ч). Результаты испытаний различных материалов

показали, что они могут быть использованы для очистки нефтезагрязненных сточных вод ТЭС и что полукокс БКЗ по своей эффективности превосходит практически все испытанные материалы.

Биосорбционная очистка сточных вод. Биосорбция – один из наиболее перспективных способов интенсификации и повышения эффективности процессов биохимической очистки сточных вод. Биосорбция позволяет в одном сооружении проводить процесс биохимического окисления и сорбции. Важным достоинством биосорбции является возможность ее применения на действующих очистных сооружениях практически без какой-ли-

бо их реконструкции и на вновь проектируемых. Это достигается путем дозирования порошкообразного сорбента непосредственно в аэротенк.

На поверхности и в порах частиц сорбента при его подаче в аэротенк происходит прикрепление микроорганизмов и образование биопленки с одновременной сорбцией содержащихся в очищаемой воде веществ в порах или на поверхности сорбента.

За счет сорбции из сточных вод удается извлечь трудноокисляемые высокомолекулярные соединения (СПАВ, нефтепродукты и др.) и биогенные вещества.

Многие ТЭС связаны с эксплуатацией сооружений биохимической очистки сточных вод, которыми оборудованы поселки и жилые комплексы ТЭС.

Уральским НИИ Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова были проведены два цикла производственных испытаний по биосорбционной очистке городских сточных вод г. Рефты (Рефтинская ГРЭС) путем дозирования полидисперсного полукокса ТККУ в аэротенки и путем фильтрации биохимически и биосорбционно очи- щенных сточных вод через полукокс-сорбент БКЗ. В аэротенки полукокс дозировался в количестве от 1 до 10 г л.

При дозировке 1 г л были получены следующие показатели эффективности очистки: по ХПК (химическое поглощение кислорода) 86 – 93%, по БПК (биологическое поглощение кислорода) 90 – 95%, по взвешенным веществам 94 – 96%, по фосфатам 95 – 97%, по азоту аммонийному 84 – 96%, по СПАВ 55 – 82%, по нефтепродуктам 85 – 90% и следующие показатели качества очи- щенной воды: ХПК 8 – 22 мг л, БПК 8 – 10 мг л, взвешенные вещества 7 – 13 мг л, азот аммонийный 0,5 – 2,0 мг л, фосфаты 0,1 – 0,3 мг л. При 1,5-кратной перегрузке по объему сточных вод очищенная вода имела ХПК 22 – 58 мг л, БПК в течение 5 ч – 19 – 27 мг л, взвешенные вещества 10 – 20 мг л, азот аммонийный 1,5 – 2,0 мг л, фосфаты 0,8 – 1,0 мг л, СПАВ 0,08 – 0,10 мг л (в зависимости от качества сточных вод, поступающих на очистку). Сделан вывод, что введение буроугольного полукокса в аэротенки очистных сооружений позволяет интенсифицировать работу станций аэрации примерно в 1,5 раза и улучшить качество очищенных сточных вод по всем показателям.

Были также проведены в опытно-промышлен- ных условиях эксплуатационные испытания процесса сорбционной доочистки биохимически и биосорбционно очищенных сточных вод путем фильтрации через полукокс БКЗ. Высота загрузки сорбционного фильтра 1,0 м, площадь фильтрации 36,0 м2. Содержание фракции 1 – 2 мм в полукоксе составляло 37%. Показатели химической стойко-

сти полукокса: максимальный прирост окисляемости в нейтральной среде – 4,2 мг л (допустимое значение меньше или равно 10 мг л), максимальный прирост сухого остатка в кислой среде – 15,2 мг л (допустимое значение меньше или равно 20 мг л), максимальный прирост содержания солей железа и алюминия в кислой среде 1,2 мг л (допустимое значение меньше или равно 2,0 мг л). Измельчаемость полукокса 1,0%, истираемость 0,4%, условная механическая прочность 1,0% при допустимых значениях не более 4,0; 0,5 и 1,0% соответственно.

Результаты испытаний, представленные в таблице, подтверждают превосходство биосорбционной очистки по сравнению с биохимической и эффективность сорбционной доочистки.

В процессе 9-месячной непрерывной эксплуатации сорбционный фильтр работал устойчиво без залипания загрузки и биообрастаний.

Очищенные сточные воды после сорбционного фильтра соответствуют требованиям СНиП. Технология сорбционной доочистки сточных вод на буроугольном полукоксе рекомендована для использования в практике доочистки сточных вод.

При организации производства углеродных сорбентов на ТЭС с коммерческой точки зрения представляет интерес возможность реализации продукции не только в энергетике, но и в других отраслях, потребность которых в углеродных сорбентах исчисляется десятками тысяч тонн в год.

Эффективность применения новых сорбентов была проверена в ряде отраслей.

Возможность эффективной очистки на сорбенте БКЗ сточных вод коксохимического производства, отобранных после флотационной очистки от масел, показана в [18]. При этом достигалась степень очистки от летучих фенолов 97 – 98%. Содержание летучих фенолов снижалось от 250 – 340 мг л до 7,0 – 9,0 мг л, а значение ХПК – от 1500 – 2000 мг л до 250 – 400 мг л, что соответствует двухступенчатой биохимической очистке. Изучался вопрос использования отработанного сорбента в качестве компонента коксовой шихты и установлено, что добавки БКЗ в количестве, меньшем или равном 2% шихты, не ухудшают качество кокса.

С использованием разных марок углеродных сорбентов, в том числе сорбентов БКЗ и АБД, институтом “Казмеханобр” были проведены обширные исследования и производственные испытания по сорбции из сточных вод и технологических растворов ионов металлов.

Хотя эти исследования были направлены, главным образом, на решение проблем цветной металлургии, полученные результаты представляют интерес и для энергетики, так как свидетельствуют о возможности эффективного извлечения из водной среды сорбентами БКЗ и АБД широкого спектра

металлов, а также с точки зрения реализации сорбентов в цветной металлургии.

Сорбент АБД обеспечивает извлечение молибдена до остаточной концентрации 0,1 – 1,0 мг л при исходной концентрации 150 – 200 мг л. При этом он на 98 – 99% регенерируется 10%-ным раствором аммиака, выдерживая без снижения емкости до 50 циклов регенерации по сравнению с 3 – 5 циклами для сорбентов БАУ и КАД-йодный. АБД обеспечивает очистку сточных вод от меди до остаточной концентрации 0,1 мг л при исходной концентрации 50 – 550 мг л, очистку от мышьяка на 97 – 99% при исходной концентрации 2100 мг л. Сорбент БКЗ восстанавливает Cr(VI) до Cr(III) из сернокислотного раствора с эффективностью 97 – 99% и выдерживает до 30 циклов регенерации 3 – 5%-ным раствором сульфита натрия без механического разрушения сорбента.

Проведенные сравнительные исследования, в которых, наряду с новыми сорбентами БКЗ и АБД, испытывались сорбенты марок КАД, УАФ, СКТ, АР-3, АГ-3, АГ-5, КАД-йодный, БАУ, ОУ “А”, ОУ “Б”, показали, что по статической емкости сорбент АБД превосходит все испытанные марки сорбентов при извлечении Cu, Pb, Ag, Sb и Mo и не уступает сорбентам БАУ и КАД по эффективности сорбции органических флотореагентов – окисленного рисайкла, бутилового аэрофлота, трансформаторного масла, алкилсульфатной пасты и др.

В заключение можно привести сравнительные данные ВНИИ ВОДГЕО по основным активированным углям общепромышленного назначения и сорбенту АБД в виде следующих рядов:

по росту степени поглощения органических веществ (по ХПК) – эффект очистки: БАУ

60%) < АБД (50%) < БАУ (15 60%) при динами- ческой сорбционной емкости – АГ-3 = ЛАУ =

= ÀÃÌ = 0,25 ìã ã; ÄÀÊ = ÀÁÄ = 0,37 ìã ã; ÁÀÓ = 0,42 ìã ã;

по нефтепродуктам: АГМ (20 30%) < ЛАУ (30 45%) < ДАК (40 50%) < АГ-3 (40 50%) < < БАУ (50 60%) < АБД (80 87%) при сорбционной емкости: АГМ – 0,74 мг г; ЛАУ– 1,48 мг г;

ÄÀÊ < ÁÀÓ < ËÀÓ < ÀÃÌ < ÀÃ-3 < ÀÁÄ.

Из приведенных данных следует, что во всех случаях сорбент АБД по своей эффективности находится на уровне промышленных сорбентов или превосходит их.

В целом, приведенные результаты испытаний новых сорбентов в энергетике подтверждают возможность их эффективного использования для очистки водных потоков на ТЭС.

Список литературы

1.Эколого-экономические аспекты применения углеродных сорбентов в технологии очистки водных потоков ТЭС Попов А. А., Блохин А. И., Кенеман Ф. Е и др. – Электри- ческие станции, 2000, ¹ 8.

2.Блохин А. И. Пиролизные технологии переработки топливного сырья. – Энергетическая эффективность, 2002,

¹27.

3.Ходырев Б. Н. О выборе типа ВПУ для обессоливания воды, содержащей техногенные органические вещества. – Энергетическое строительство, 1993, ¹ 3.

4.Перспектива использования мелкозернистого полукокса ТККУ для очистки сточных вод Кенеман Ф. Е., Потапов О. П., Рябинин П. В., Соколов Э. А. – В сб.: Углеродные сорбенты и их применение в промышленности. М., 1983.

5.Эффективность использования углеродных сорбентов в

6.Волков Э. П., Блохин А. И., Кенеман Ф. Е. Перспективы применения в энергетике углеродных сорбентов экологи-

ческого и технологического назначения и их производства на угольных ТЭС. – Вестник электроэнергетики, 1996,

¹ 3.

7.Волков Э. П., Блохин А. И., Кенеман Ф. Е. Производство углеродных сорбентов на твердотопливных ТЭС как элемент природоохранной стратегии в энергетике. – Изв. Академии наук. Энергетика, 1999, ¹ 2.

8.Белоконова А. Ф., Мороцкая В. И., Корюкова Л. В. Исследование адсорбционной способности активированного полукокса по органическим веществам и железу. – Энергетик, 1983, ¹ 8.

9.Белоконова А. Ф., Мороцкая В. И., Кокшарова А. М. Исследование возможности очистки подпиточной воды для горячего водоснабжения с применением адсорбентов. – Энергетик, 1987, ¹ 10.

10.Использование полукокса для поглощения нефтепродуктов из вод ТЭС Белоконова В. Ф., Шатаева Н. Н., Мороцкая В. И., Корюкова Л. В. – Энергетик, 1980, ¹ 10.

11.Белоконова А. Ф. Водно-химические режимы тепловых электростанций. М.: Энергоатомиздат, 1985.

12.Кострикин Ю. М., Калинина Н. М. Усовершенствование системы очистки производственных конденсатов. – Энергетик, 1988, ¹ 6.

13.Исследование сорбционных свойств активированного угля, полученного из буроугольного полукокса, применительно к водоподготовке и очистке сточных вод электростанций Белозовский А. В., Белоконова А. Ф., Глушанков С. Л., Пескишева Г. И. – В сб.: Углеродные сорбенты и их применение в промышленности. М., 1983.

14.Корюкова Л. В. Перспективные направления, развитие химической части электростанций Свердловэнерго. – Электрические станции, 1997, ¹ 6.

15.Промышленные испытания полукокса для очистки сточ- ных вод на Кармановской ГРЭС от нефтепродуктов

Швецова В. П., Логинова Л. П., Копеин В. А., Хатеева Л. Ф. – Энергетик, 1979, ¹ 12.

16.Использование полукокса в схеме очистки сточных вод Богатырева М. К., Луговой Г. А., Николаева В. А., Кенеман Ф. Е. – Энергетик, 1979, ¹ 12.

17.Логинова Л. П., Копеин В. А., Боровкова Л. С. Использование отходов различных производств и полукокса кан- ско-ачинского угля для очистки нефтесодержащих стоков ТЭС. – Тр. ВТИ, 1984.

18.Очистка сточных вод коксохимического производства адсорбцией на буроугольном полукоксе Евзельман И. Б., Коган Л. А., Андрюшечкина Т. В. и др. – Кокс и химия, 1978, ¹ 1.