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).

Выделение примесей с изменением фазового состояния воды или примеси (физико-химические методы):

• 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).

Методы очистки сточных вод путем превращения примесей с изменением их химического состава (химические и физикохимические методы) разделяются по характеру процессов на следующие группы:

• 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.).

Наибольшее практическое значение при очистке сточных вод ТЭС имеют методы: отстаивание, флотация, фильтрование, коагуляция и сорбция, известкование, разложение и окисление веществ.

В зависимости от качества исходной воды и требований к качеству добавочной воды котлов применяются различные варианты схем водоподготовительных установок. В общем виде они включают в себя предочистку воды и ионный обмен.

Непосредственный сброс сточных водоподготовительных установок в водоемы недопустим из-за резкопеременных значений рН, выходящих за пределы 6,5—8,5, оптимальных для водоемов, а также высокой концентрации в них грубодисперсных примесей и солей.

Удаление грубодисперсных примесей и регулирование рН не представляют проблемы. Наиболее сложной задачей является снижение концентрации истинно-растворенных примесей (солей). Ионообменный метод здесь непригоден, так как приводит к возрастанию количества сбрасываемых солей. Более предпочтительны безреагентные методы (выпаривание, обратный осмос) или с ограниченным применением реагентов (электродиализ). Но и в этих случаях обработка воды на водоподготовительных установках производится дважды.

Поэтому главной задачей при проектировании и эксплуатации водоподготовки ТЭС следует считать уменьшение сброса сточных вод.

В соответствии с условиями сброса сточных вод технология их очистки состоит обычно из трех этапов:

• 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.

Продувочная вода осветлителей обрабатывается и повторно используется после осветления ее на шламоотвале, или в специальных отстойниках, или на фильтр-прессах, или барабанно-вакуумных фильтрах с возвратом воды во всех случаях в баки повторного использования промывочных вод механических фильтров. Шлам из отстойников периодического действия направляется на шламоотвал с использованием для этой цели нейтрализованных регенерационных вод ионитовых фильтров. Обезвоженный шлам, полученный на фильтр-прессе, необходимо вывозить в места захоронения, имеющие надежную защиту от попадания вредных веществ в окружающую среду.

Схема установки для обезвоживания шлама предочистки на одной из ТЭС представлена на рис1.

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_CЩиQ_СК- суточные сбросы щелочи и кислоты в сточных водах соответственно, г-экв.

Сбросы кислоты и щелочи определяются по следующим выражениям:

;

,

где G_ЩиG_К- суточные расходы щелочи и кислоты соответственно, кг;

q_Щиq_К- удельные расходы щелочи и кислоты при регенерации, г-экв/г-экв.

Величина Щопределяется 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-рН₀- величина, на которую допустимо изменять показатель рН воды водоисточника;

рН₀- показатель рН воды при температуре водоема;

 - ионная сила воды в водоеме;

К₁- константа первой ступени диссоциацииН₂СО₃при 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 - какQ_СР=Q_СЩ-Q_СК.

При нейтрализации известью суточный расход 100%-ного СаОсоставляетQ_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 СО₂,SО₃,NО₂.

Необходимый объем дымовых газов Vдля нейтрализации суточного объема щелочных сточных вод определяется по формуле

,

где V_Г- полный объем дымовых газов, образующихся при сжигании топлива, после золоуловителя, м³/кг или м³/м³;

V_SO2;V_CO2иV_NO2- объемы соответствующих газов, образующихся при сжигании топлива, м³/кг или м³/м³.

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.