Источник: http://eprints.kname.edu.ua/4089/1/173-177_АЙРАПЕТЯН_Т.С..pdf
Тепловые электрические станции способствуют засолонению поверхностных водоисточников из‐за сброса в них сточных вод, в частности, от системы химической подготовки воды для получения пара. Сброс таких вод приводит к ухудшению экологического состояния региона, ограничивает возможности использования природных источников водоснабжения и увеличивает затраты на очистку воды, получаемой из этих источников.
Сокращение количества солевых сбросов может быть достигнуто как совершенствованием действующих технологических схем подготовки воды и повторным использованием стоков в цикле водоподготовки, так и применением других способов очистки воды, имеющих меньшее количество сточных вод. Учитывая, что в большинстве случаев очистка сточных вод до концентраций, близких к предельно допустимым является дорогостоящим мероприятием, наиболее рациональным решением вопроса предотвращения загрязнения водных объектов сточными водами электростанций является уменьшение объемов сточных вод путем их повторного использования в технологических циклах ТЭС, особенно в условиях острого дефицита водных ресурсов [1-4].
В результате регенерации натрий‐катионитовых фильтров образуются сточные воды, содержащие в основном соли постоянной жесткости в виде CaCl2, MgCl2 и другие соли в меньших концентрациях.
Вопросами очистки (обработки) сточных вод от регенерации натрий‐катионитовых фильтров с целью их повторного использования в цикле химической подготовки воды на предприятиях теплоэнергетики занимались видные ученые и инженеры: Л.А.Кульский, В.А.Гладков, Д.И.Кучеренко, И.Э.Апельцин, Л.А.Алферова, О.И.Мартынова, Э.Г.Амосова, Г.К.Фейзиев, Г.С.Пантелят, С.П.Высоцкий и др. Однако существующие методы обработки указанных вод отличаются сложностью, высокой стоимостью и не позволяют создать замкнутые циркуляционные контуры регенерации натрий-катионитовых фильтров.
С целью исключения сброса в канализацию засолоненных сточных вод и разработки технологии использования регенерационных растворов в замкнутом цикле возникла необходимость детального исследования динамики отмывки катионитов по таким показателям как концентрация хлоридов и величина общей жесткости отмывочной воды. При этом представляет определенный научный и практический интерес исследование баланса хлоридов, поступающих на фильтры и отводимых от них в процессе регенерации и отмывки.
Производственные исследования проводили на ЗАО "Теплоэлектроцентраль — 3" г.Харькова, где применяется двухступенчатая схема натрий‐катионирования воды для питания паровых котлов. Для регенерации Na‐катионитовых фильтров используется раствор поваренной соли (NaCl), концентрация которого для фильтров 1‐й ступени составляет 6 — 8%, 2‐й ступени — 8 — 10%.
Исследования проведены на Na‐катионитовых фильтрах 1‐й и 2‐й ступеней. Всего изучено 10 регенераций первой и 5 регенераций второй ступеней. Пробы отмывочных сточных вод отбирали с интервалом времени от одной до пяти минут. Пробы анализировали по двум показателям: концентрация хлоридов и величина общей жесткости.
Методики определения указанных компонентов стандартные.
Результаты исследований некоторых регенераций приведены на рис.1, 2.
Рисунок 1 — Динамика изменения концентрации хлоридов и жесткости воды в процессе отмывки (регенерации) Na‐катионитовых фильтров 1‐й ступени
Рисунок 2 — Динамика изменения концентрации хлоридов и жесткости воды в процессе отмывки (регенерации) Na‐катионитовых фильтров 2‐й ступени
Из приведенных данных видно, что концентрация хлоридов по ходу отмывки растет, достигая максимума на 8 — 12 минутах. Затем концентрация хлоридов постепенно снижается, достигая минимума к концу отмывки (на первой ступени Na‐катионитовых фильтров — 150 — 200, на второй — 85 — 90 мг/л). Максимальная величина жесткости в отмывочной воде наблюдается на 5 — 7 минутах (950 — 1000 мг ‐ экв/л на 1‐й ступени и 200 — 220 мг‐экв/л — на 2‐й ступени Na‐катионирования). Затем величина общей жесткости снижается. Процесс отмывки завершается, когда величина жесткости снижается до величины 0,3 — 0,4 — на фильтрах 1‐й ступени и 0,02 мг‐экв/л — на 2‐й ступени.
В соответствии с инструкцией по эксплуатации водоподготовительной установки концентрация хлоридов в регенерационном растворе, подаваемом в натрий‐катионитовые фильтры первой и второй ступеней, должна быть на уровне 6 — 9%. В связи с этим концентрация хлоридов в отмывочной воде не должна превышать эту концентрацию Однако реально в соответствии с проведенными исследованиями (рис.1, 2) концентрация хлоридов в отмывочной воде, начиная с 3‐й минуты и заканчивая 14‐й минутой, превышает эту величину, достигая максимума (19%) на 9‐й минуте. Такие отклонения обусловлены нарушениями технологической инструкции по эксплуатации оборудования для приготовления и дозирования раствора NaCl [5].
Анализ полученных данных свидетельствует о том, что максимальное количество NaCl выводится из фильтра в первые 20 мин. (95 — 97%), в последующие 10 — 20 мин. до завершения отмывки из фильтра выводятся лишь 5 — 3% NaCl. Средняя концентрация хлоридов в отмывочной воде за первые 20 мин. колеблется в пределах от 50 до 70 г/л, в последующие 10 — 20 мин. — 0,8 — 1,2 г/л.
В соответствии с инструкцией по эксплуатации отмывочные воды (сточные воды), отводимые из фильтра, сбрасывают в канализацию, а воды завершающего периода отмывки направляют на повторное использование на взрыхление катионита.
Количество хлористого натрия, необходимое для регенерации, зависит от объема катионита, загруженного в фильтр, и вычисляется по формуле:
Q = V E q / 1000, кг,
где V — объем загруженного в фильтр катионита, м3; E — полная обменная емкость поглощения загруженного в фильтр катионита, для катионитов типа КУ — 2 E = 1000 г‐экв/м3; q — удельный расход соли на регенерацию, для данного катионита q=126 г/г‐экв; 1000 — коэффициент перевода грамм в кг.
Например, для Na‐катионитового фильтра 1‐й ступени с высотой загрузки 1,4 м (фильтр №5) и объемом катионита 10 м3 необходимо взять на регенерацию 1250 кг соли. В случае 24% концентрации раствора соли на регенерацию идет 2 бака‐мерника, что составляет 1230 кг соли. Выход соли, по данным исследований, составил 1202,74 кг.
Для фильтра 2‐й ступени с высотой загрузки 1,3 м (фильтр №2) и объемом 9,2 м3 необходимо взять на регенерацию 2320 кг соли. В случае 23% раствора соли на регенерацию пошло 2300 кг соли. Выход соли составил в соответствии с экспериментальными данными 2276,52 кг.
Расхождение количеств хлоридов, подаваемых на фильтры и отводимых из них, в процессе регенерации и отмывки Na‐катионитовых фильтров составляет на 1‐й ступени 2,2%, на 2‐й ступени — 1,02%. Следовательно, количество хлоридов практически не изменяется. Это позволяет использовать умягченную воду в замкнутом цикле регенерации натрий‐катионитовых фильтров.
Таким образом, выполненные исследования позволяют разработать технологию обработки сточных вод от промывки (регенерации) Na‐катионитовых фильтров, которая заключается в их обработке содоизвестковым методом с последующим возвратом на цели регенерации. Это позволит создать замкнутый оборотный цикл промывной воды Na‐ катионитовых фильтров с экономией поваренной соли и существенно сократить количество регенерационных сточных вод.