Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ
Нейтрализация и очистка стоков ТЭС

Нейтрализация и очистка стоков ТЭС

 

А. Б. Булгаков, директор, Б. Б. Булгаков, научный руководитель, В. Г. Доброногов, старший научный сотрудник, фирма «ИНТРЭК»

 

Введение

В цехе химической подготовки воды на тепловой электростанции средней мощности за сутки образуется и сбрасывается до 1000 м3 сточных вод с показателем рН в пределах от 3 до 6, в то время как допустимыми к сбросу являются растворы, если их показатель 6,5 ≤ рН ≤ 8,5.

Обычно узлы нейтрализации сточных вод теплоэлектростанций существенно разнятся компоновкой емкостей, их количеством, насосным парком. Это многообразие, однако, можно сгруппировать в два типа: такой, где кислые и щелочные стоки накапливаются в разных емкостях, и такой, где кислые и щелочные растворы накапливаются в общей емкости.

Как правило, кислых стоков в производстве образуется значительно больше, чем щелочных, поэтому после утилизации щелочных вод ионообменных фильтров в процессе нейтрализации в кислые воды приходится добавлять щелочные реагенты: известковое молоко, растворы кальцинированной соды, а иногда и едкого натра.

С позиции рационального использования реагентов и достижения допускаемого отклонения от нейтральности среды на выходе из накопительной емкости кислые и щелочные воды следует принимать на обработку раздельно. Это мотивируется тем, что и кислые, и щелочные стоки поступают неравномерно и с различными значениями показателя рН. Поэтому, если химсостав кислых и щелочных вод не усредняется во всем объеме раздельно, то расход реагентов (щелочи и кислоты) на нейтрализацию возрастает в 1,5 раза.

Различные расходы и неравномерность во времени поступления кислых и щелочных стоков теплоэлектростанций не позволяют полностью их взаимно нейтрализовать. Для нейтрализации чаще всего стоки сливают в один бак, в лучшем случае, с использованием барботеров с целью ускорения перемешивания. На завершение такой операции требуются многие часы, а то и сутки, поскольку лимитирующей стадией процесса является не кинетика химических реакций, а скорость усреднения концентраций реагирующих сред по всему объему реактора.

Фирма «ИНТРЭК» совместно с ОАО «Мосэнерго» разработала параметрический ряд гидродинамических кавитационных аппаратов (ГКА), которые монтируются непосредственно на трубопроводах и не требуют дополнительных производственных площадей. В них отсутствуют подвижные части и они устойчивы против кавитационного износа рабочих органов ГКА.

 

Нейтрализация кислых и щелочных сточных вод

Ликвидировать «узкое место» технологии нейтрализации - существенно турбулизировать смесь реагентов - позволяет гидродинамический кавитационный реактор (ГКР), являющийся одной из модификаций ГКА. Его применение в технологической цепочке нейтрализации химически агрессивных жидкостей обеспечивает многократное повышение производительности и надежности технологического процесса.

На рис. 1 представлена типовая схема установки нейтрализации, включающая такие средства автоматизации как запорная арматура с приводами дистанционного управления, регулирующие клапаны с приводами типа МЭО, рН-метры (рН1, рН2, рН3, рН4) с сенсорами, индукционные расходомеры (Р), датчики уровня, насосы и управляющий микропроцессорный контроллер, на который поступают сигналы от первичных датчиков и где вырабатываются сигналы команд на исполнительные механизмы. Процесс начинается с усреднения концентрации щелочи и кислоты в их баках сбора. Для этого при закрытых задвижках 3 и 4 включаются насосы 1 и 2 и в течение 10-5-15 мин. осуществляется циркуляция вод в баках сбора щелочных и кислых вод. После отключения насосов 1 и 2 включаются насосы 5 и 6, которые через регуляторы расхода 7 и 8 подают щелочные и кислые воды на взаимную нейтрализацию в ГКР, показатель рН смеси после которого непрерывно определяется и передается на управляющий контроллер рН-метром рН-3. Контроллер вырабатывает корректирующий сигнал и передает его на исполнительные механизмы регулирующих задвижек 7 и 8 для изменения соотношения потоков щелочных и кислых вод. В случае, если запас щелочных стоков исчерпан до завершения нейтрализации кислых вод, в ГКР в необходимом количестве принудительно подается щелочной раствор.

На выходе из накопительного бака установлена электроприводная задвижка, открытие которой на сброс будет заблокировано, если показатель рН нейтрализованных вод, определяемый рН-метром рН-4, не вписывается в пределы 6,5+8,5.

На рис. 2 и 3 приведены графики выхода процесса нейтрализации на режим в зависимости от расхода щелочи и известкового молока. Из результатов измерений следует, что время достижения стационарного режима при использовании известкового молока больше, чем при использовании, например, соды. Это объясняется тем, что известковое молоко представляет собой суспензию, а значительная часть растворенного едкого кальция сосредоточена внутри капиллярно-пористой твердой известняковой частицы. Низкая скорость диффузии поглощенного раствора на поверхность частицы является сдерживающим фактором начальной стадии процесса. Кроме того, известковый ил, используемый в качестве щелочного реагента, крайне затрудняет работу рН-метров и забивает измерительные ячейки его электродов. К тому же, хотя сбрасываемые в водоемы стоки и являются рН-нейтральными, они содержат твердую фазу, концентрация которой превышает допускаемую в развитых европейских странах. Этот параметр сточных вод у нас пока не регламентирован, но уже сегодня следует ориентироваться на применение реагентов, которые не являются источником механического загрязнения окружающей среды.

Испытания и длительная эксплуатация автоматизированных установок нейтрализации стоков производств химводоподготовки на ГРЭС-4 (г. Кашира), ГРЭС-5 (г. Шатура), кэц-8, кфД-16, кфД-17 (г. Москва) позволяют отметить следующие результаты их промышленного внедрения.

1.   За счет высокоинтенсивного конвективного массопереноса в ГКР производительность установки повышена в 1,5-5-2 раза при гарантированном исключении сброса отработанных вод с недопустимыми концентрациями химически агрессивных компонентов. Значение показателя рН стоков находится в пределах 6,5-5-8,5.

2.   Время выхода на технологический режим при нейтрализации щелочами не превышает 4-5-5 мин. и известковым молоком - 10 мин., что составляет не более 3-5-8% общего времени обработки. Воды переходных режимов возвращаются на повторную нейтрализацию.

3.   Задвижка сбросного трубопровода заблокирована на открытие в случае отклонений содержимого сборника от допустимых норм химических загрязнений. С этой целью сборник на выходе оснащен отдельным рН-метром, функционально связанным через контроллер с пускателем электропривода задвижки.

4.   Параметры сточных вод на основных стадиях процесса автоматически контролируются, а их значения синхронно выводятся на мнемосхему и вторичные приборы щита управления.

5.   Установка защищена от несанкционированных вмешательств в автоматический режим управления.

6.   Сведено к минимуму применение ручного труда и существенно улучшены санитарно-гигиенические условия работы персонала.

 

Очистка стоков от нефтепродуктов

Жидкие нефтяные топлива и смазочные материалы также неизбежно попадают в отработанные технологические воды, и возврат их в природный водоем или повторное использование недопустимы без предварительной очистки.

На локальные очистные сооружения замазученные воды поступают несколькими потоками: от дренажных насосов мазутного хозяйства и мазутонасосной, от маслохозяйства, конденсат из мазутонасосной, из колодца сбора ливнестоков. Существующие устройства предварительной очистки вод, принцип действия которых основан на гравитационном разделении жидких сред (отстаивание), позволяют получать на выходе стоки с содержанием нефтепродуктов в пределах 10-5-30 мг/л. Такая концентрация приводит к резкому снижению ресурса и эффективности установленных после нефтеловушек фильтров грубой и тонкой очистки. Значительно повысить уровень очистки перед фильтрами можно путем подачи в нижнюю часть отстойных аппаратов воздушных пузырьков, которые, поднимаясь вверх под влиянием Архимедовых сил и встречаясь со взвешенными в воде частицами нефтепродуктов, подхватывают их и выносят на поверхность воды в виде пены.

Функцию аэратора в системе воздушно-пузырьковой флотации нефтепродуктов из сточных вод, в том числе и на теплоэлектростанциях, может успешно выполнять гидродинамический кавитационный аппарат. Принципиальная схема модернизированной флотационной установки представлена на рис. 4.

Очистка замазученных вод последовательно осуществляется в две стадии: усреднение и предварительное флотирование нефтепродуктов в приемном баке 1 и окончательное флотирование нефтепродуктов в нефтеловушке-флотаторе 2.

Замазученные воды подаются в приемный бак 1 через питающее устройство типа «труба в трубе» и равномерно распределяются по его поперечному сечению. Наименее диспергированная часть нефтепродуктов в приемном баке всплывает на поверхность самостоятельно. Для интенсификации подъема мелкодисперсных частиц нефтепродуктов через перфорированный распределитель А в объем вводятся воздушные пузырьки с помощью кавитационного аэратора 3, камера разрежения которого соединена с атмосферой. Разрежение в аэраторе возникает в процессе нагнетания через него условно очищенной воды контура циркуляции (отбирается из нижней части приемного бака), включающего центробежный насос 7. Введение воздуха в вентилируемую каверну кавитатора обеспечивает формирование наиболее эффективного (10-5-0,5 мкм) для процесса флотации спектра размеров пузырьков. При этом количество высокодиспергированного воздуха на 2-3 порядка превосходит соответствующее количество при напорной флотации. Всплывшие нефтепродукты переливаются в установленную в верхней части приемного бака воронку и стекают в приемник 5. В случае, если концентрация нефтепродуктов в исходной воде слишком высока, включается ее подогрев в баке до 60 ОС. Приемный бак оборудован сифонным ограничителем нижнего уровня для предотвращения попадания уловленных нефтепродуктов во флотатор второй ступени.

Под гидростатическим напором столба жидкости бака предварительно очищенная вода перетекает в нефтеловушку-флотатор 2, где она подвергается повторному и более интенсивному (при большем удельном расходе воздуха) аэрированию. Этим удается достигнуть активного режима флотации нефтепродуктов. Для насыщения воздухом в аэраторе 4 часть очищенной воды циркулирует в контуре, включающем насос 8.

Обогащенная воздухом вода через перфорированный распределитель Б нагнетается в секции флотатора 2. Остальная часть этой воды с содержанием нефтепродуктов не более 5 мг/л скапливается в приемнике 6, а затем перекачивается на центральные очистные сооружения, куда также поступает вода от береговой насосной станции (БНС).

Приведенная принципиальная схема очистки вод от нефтепродуктов реализована в технологических установках на ТЭЦ-8, ТЭЦ-16, ГРЭС-3 и других объектах ОАО «Мосэнерго».

По физико-химическим показателям нейтрализованные и очищенные от нефтепродуктов воды отвечают требованиям, предъявляемым к

технической воде, подаваемой на ТЭС. Это позволяет сократить отбор воды из водоема, а очищенные стоки вернуть в технологический оборот.

 

Применение гидродинамических кавитационных аэраторов на водозаборе

Еще одним примером эффективного применения гидродинамического кавитационного аэратора является водозабор БНС, экологическая проблема которого - увлечение потоками воды мальков рыбы во всасывающие патрубки насосов. Из всех применяемых средств защиты рыбной молоди на водозаборах наиболее эффективными являются воздушно-пузырьковые завесы, эвакуирующие стайки рыбок от водоприемных окон. Однако известные способы создания воздушно-пузырьковых завес с преимущественной фракцией тонко-дисперсных пузырьков (1 -=-3 мм) не нашли практического применения на водозаборах из-за необходимости весьма малых (0,3-5-1,5 мм) диаметров сопел в распределительных трубах: такие сопла очень быстро зарастают илом или забиваются мусором. Кроме того, в воздушные магистрали, прокладываемые по дну водоема, воздух необходимо нагнетать компрессорами или высоконапорными воздуходувками, дорогостоящими и сложными в эксплуатации. Решение технологической задачи о практическом использовании систем воздушно-пузырьковых завес свелось к созданию такой конструкции устройства, в котором диаметры сопел находились бы в пределах 8-5-12 мм, и при этом в сопла нужно подавать не воздух, а тонкодисперсную водо-воздушную смесь. Как показано выше, такую смесь легко приготовить в гидродинамическом кавитационном аэраторе. В этом случае аэратор отличается некоторыми конструктивными особенностями, позволяющими формировать спектр размеров пузырьков в пределах 1-5-3 мм. Вода для образования водо-воздушной смеси в количестве около 1-5-2% отбирается из напорного трубопровода БНС.

Разработанная и внедренная на водозаборах ГЭС-1, ТЭЦ-7, ТЭЦ-16, ТЭЦ-20, ТЭЦ-22 ОАО «Мосэнерго» кавитационная технология воздушно-пузырьковой защиты рыбной молоди обладает рядом преимуществ по сравнению с принудительным нагнетанием сжатого воздуха в перфорированную трубу.

1.   Из технологической схемы рыбозащитного устройства исключаются дорогостоящие компрессорные установки с необходимостью перфорации распределителей диаметром до 1 мм.

2.   Для создания водовоздушной эмульсии используется часть воды от БНС в количестве около 1%.

3.   Потребление воздуха из атмосферы для создания водо-воздушной эмульсии в гидрокавитационном аэраторе при отсутствии трущихся поверхностей не приводит к загрязнению водоема нефтепродуктами.

4.   Истечение водо-воздушной смеси из распределителя со скоростью около 1 м/с создает устойчивый эрлифтный поток в зоне подводного трубопровода и освобождает от необходимости устройства защитного порожка.

5.   Пребывание воздуха в составе водо-воздушной эмульсии позволяет существенно увеличить диаметр отверстий перфорации распределителя, что исключает их зарастание илом и водорослями и повышает надежность РЗУ.

6.   Подача воздуха в распределительный трубопровод в составе водо-воздушной эмульсии резко снижает зависимость условий образования воздушно-пузырьковой завесы от глубины установки распределителя.

7.   Использование части воды БНС под давлением 30-5-60 м водяного столба дает возможность сформировать устойчивые поверхностные рыбоотводящие течения и не устраивать дополнительные пути миграции рыбы.