автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Технология умягчения и деаммонизации в схеме дистилляции добавочной воды на ТЭС из доочищенных городских сточных вод

рЛЛДРБЛ^ЗрНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ НЕФТЯНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ГАСАНОВ АКИФ ИСА оглы

ТЕХНОЛОГИЯ УМЯГЧЕНИЯ И ДЕАММОНИЗАЦИИ В СХЕМЕ ДИСТИЛЛЯЦИИ ДОБАВОЧНОЙ ВОДЫ НА ТЭС ИЗ ДООЧИЩЕННЫХ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ вод

Специальность 05.14.14 — Тепловые электрические станции.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

БАКУ - 1993

Работа выполнена на кафедре «Промышленная теплоэнергетика и технология воды» Азербайджанской государственной нефтяной академии.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор МАЛАХОВ И. А.

Научный консультант:

ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук

ПОЛЕТАЕВ Л. Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ГАСАНОВ М. В.,

кандидат технических наук, доцент ДЖАЛИЛОВ М. Ф.

Ведущая организация — ГГПИ Бакинский Водоканалпроект.

Защита состоится « /У*» 1994 г. в час

на заседании специализированного совет* Н. 054.02.01 при Азербайджанской государственной нефтяной академии по адресу. 370601, г.Баку, проспект Азадлыг, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Азербайджанской государственной нефтяной академии.

Автореферат разослан « ¿¿> » ^ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

АГАМАЛИЕВ М. М.

окцая шштсят. работы

Актуальность теюд. Дефицит природной пресной воды в Азербайджанской республике и в других маловодных регионах шра потребовал использования в промысленном водоснабжении альтернативных водоисточников.В качестве теговых наряду с морскими, и груитовыми водами следа-ет рассматривав ачидеткэ городские сточные воды(ГСЗ), объем воспроизводства которых вполне способен обеспечить кувды про-мыщленкости.Ж лользованиз ГСВ актуально прежде всего для водоемких про;,»предприятий, к которым относятся ТЭС и крупные производственные котельные.Для этого необходима разработка эффективных технологий очистки ГСВ от характерных примесей г том числе и от аммонийного азота в процессах водоподготовки на ТЭС.

3 целом реализация этой задачи позволит высвободить для ну:?д населения природную преснуо воду,повысить нвде:5ность водоснабде-кия 'ГЗС и уменьшить загрязнение природных водоемов за счёт уменьшения сбросов ГСВ.

Цель работа.Целью работы являет..,.-; исследование и разработка технологических процессов очистки ГСВ от аммонийного а^ота при подготовке добавоч;гай воды на ТЭС из городских сточных вод по схема;,1 умягчения и термического Обессоливения.Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи .-исследовать э$фзктив-ность совместного умягчения и дзаммочизации Ма-катио:-:ироваиием в зависимости от исходно? концентрации ионов аммония, коккурируо-щих ионов жест ;стй и прэтивоионов натрия;определить область эффективного применения технологии¡исследовать технологические показатели деамиониэации Н-катионированяе.ч дистиллята испарительной установки{определить оптимальные условия регенерации Н-фильтров я обосновать до./стимые остаточные концентрации аммонийного азота а добавочной воде ТЭС высокого давления;разработать технологические варианты очистки,утилизации и рекуперации отработанных аммоннйсо-• дериащкх растворов Ма- и К-катионитных фильтров,истощенных по иону аммония;разработать оптимальные схемы подготовки добавочной воды на ТЭС из доочиценних городских сточных вод,обосновать их технико-экононкчаскуй и экологическую эффективность.

Научная новизна работа.Впервые технология ионообменной деам-монизации исследована для области есах возможных составов городских сточных вод, прошедших различные схег.зз очистки я доочистки.и соответствующих различным соотношениям бит02ык и производственных

сточных вод.

С применением метода математического планирования эксперимента определена эффективность процессов совместного умягчения и деа-ммонизации Nа-катионированием коагулированной ГСВ и деаммонизации Н-катионированием дистиллята испарителей,получены уравнения регрессии для определения обменной емкости ионитов и качества дистиллята.Разработаны технологические приёмы утилизации и рекуперации аммонийсодержащих отработанных растворов Ма-катионитных и Н-катио-нитных фильтров.

Практическая ценность работы.Результаты исследований восполняют пробелы в технологии доочистки и водоподготовки в части элективной деаммонизации,"сдерживающие использование ГСВ на ТЭС. Полученные математические модели позволяют обосновать выбор эффективной технологии дегуманизации в схемах умягчения и термического обессоливания,в зависимости от состава исходной ГСВ,закладывать в проектах схем ХВО научно-обоснованные параметры процессов. Исследования по технологии утилизации и рекуперации отработанных растворов позволяет предотвратить сброс в водоемы аммонийсодержа- ' щих сточных вод и сокрацаот расход товарных реагентов.Результаты исследований использованы-ПО Аээнерго и Бакинским институтом Энер гопром при проектировании опытно-промышленной установки использования доочищенных ГСВ с Говсанских очистных сооружений на Бакинской ТЭЦ-1,производительностью 350 т/ч дистиллята.Прогнозируемый экономический эффект по данным Бакинского института Энергопром • составляет 2,31мил.руб.в год(в ценах 1991г.).Результаты исследований использованы также Бакинским институтом Водоканалпроект при разработке•схемы доочистки и возврата ГСВ с Гово-анских очистных сооружений.для технического водоснабжения предприятий промзоны г.Баку /включая Бакинские ТЭЦ-1,ТЭЦ-2 и в перспективе Ново-Бакинскую ТЭЦ/.По данным Бакинского института Водоканалпрояект экономический эффект составляет бООтыс.руб.в год(в ценах 1937г.) ■

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечена применением апробированных и общепризнанных методик исследований, адекватностью полученных математических моделей исследуемым процессам,согласованность!) результатов исследований с данными других исследователей и справочными данными,а также результатами промыт ленных исследований. : -

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-техническом совещалии"Утилизация сточных вод"г.13жно-

'украинок,1990г.¡ежегодных конференциях профессорско- преподавательского состава по результатам научно-исследовательских работ в АзГОС нефтяной Академии / 19Э1, 1992гг. /.

Публикации. По результатам исследований »изложенных в диссертации, опубликовано 5 научных трудов и 2 находятся в печати.

Структура и обьем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы, включающего 83 наименования, содержит 130 страниц машинописного текста , 23 рисунка, 18 таблиц.

содержание работы Во введении характеризуется состояние проблемы, обосновывается актуальность темы диссертационной работы,формулируется задача исследования и нодечаэтся пути ее реализации.

В первой глава приведен аналитический обзор результатов исследования в области доочистки и повторного использования городских сточных вод в энергетике.Рассмотрен опыт эксплуатации зарубежных ТЭС,АЭС и котельных на доочмценных ГСВ.Проанализированы применяемый методы доочистки.Отмечено, что народу с механическими и биологическими традиционными методами, все шире применяются . физико-химические методы, которые по эффективности' удаления остаточных концентраций загрязнений превосходят первые.

По степени воздействия на протекание воднохимического режима парогенераторов среди характерных компонентов, подлежащих удаленно из ГСВ, выделен аммонийный азот. •

Рассмотрены биолигаческие и физикохимические методы деаммо-• низации.Отмечено, что первые возможно применять непосредственно на очистных сооружениях, вторые могут применяться также непосредственно на предприятиях - потребителях ГСВ.

В целом по результатам аналитического обзора сделаны сле-дущие выводы. Имеется многолетний зарубежный опыт успешного использования ГСВ на ТЭС, АЗС и п котельных.Применение ГСВ на отечественных ТЭС сдерживается недостаточной научной проработкой технологии доочистки и водоподготовки , в том числе и по эффективной деаммонизации ГСВ. Из рассмотренных методов удаления аммония технологически и экономически обосновано применение методов, которые могут быть удачно совмещены с процессами Na-и Н-ка-тионарования о схемах ВПУ. Решению этих важных вопросов,способствующих использованию доочищенных ГСВ на ТЭС,посвящена настоящая работа.

Во второй главе изложены результаты исследования технологии совместного умягчения и дершониззвди ГСВ Ка-кйтионированиек.Осо-бенность технологии деяммонизации,осуществляемой на ТЭС, заключается в необходимости удаления основного количества аммонийного азота, поступление которого в пароводяной цикл /ПЗЦ/ ТЭС приведет к коррозии медьсодержащих поверхностей теплообмена. Однако технология деакконизаодм додана в тоже врекя обеспечить поступление в ПВЦ необходимого (по условиям предотвращения коррозия всего конденсатно-питятельного тряктя)количестве аммонийного 'азота.

Не ТЭС с умягчением питательной воды испарителей или добавочной вода парогенераторов давлением /до 10 ит/ деаиконкзация Ма--кетйонироввниЕпопрввдрНв возиоеностьп ее совпадения с умягчением. Эффективность отого процесса существенно ода::сит от ионного составе исходной ГСВ. Позгоиу задачей исследования являлось изучение закономерностей сорбции йН^-иснов на Иа-кятионитных фильтрах в • аироком диапазоне концентраций кетисноз, мг-экв /л; 0,2-2,0 1,5-6,5 ( С'й+ Из 0, 1,5-10,5 N0. , которыми 'были охвечены. все возмозшв модификации составов ГСВ (после различных видов очистки и доочистки, различных соотноигчий доли бытовых и производственных сточных вод, различной степени их р»збяэления другими водами) и загрязненных природных вод.

В объем исследований входило установление технологических показателей Nэ-кзтионитных фильтров в условиях совместной сорбции

одновалентных и двухвалентных ионоэ ( ННд и ) и отклю-

чения на регенергадш по проскоку ионов аммония. <Зф£ективность процесса оценивалась по общей обменной емкости к»тионитя и изменение соотношения обменных емкостей по катионам жесткости и аммония.

Экспериментальные исследования проводились ня динамической колонке с внутренним диаметром 12 ш, заполненной катеонитом КУ-2--2, объемом 50 ил. На катиокитный фильтр подавали ииитяти составов указанных вод со скорость» фильтрования 15 и/ч. Отключение на регенерацию осуществляла при достижении среднеостаточного содержания N11^ в фильтрято, равного 1,5-2 ыг/л. С целью снижения расход» ЫаС1 до номинального 120 кг/ы3 регенерате проводили в дво стадии с использованием отработанного регенерационного раствора.

Исследование проводилось с использованием метода математического планирования эксперимента. В качестве функции отклика были приняты рабочие обменные ешсостн иятноннтй (мг-экв/д) по мн|-.Е ^

/V аип суше кптаонов песткостн ^ качестве основных ^

факторов принимались концентрации кятионов в исходной ГСВ, мг-экв/ /л: -Х1(СЙ2++Мд2+(Ж)-Х2, МП+ - Х3.

На первом этрпе исследования был поставлен полный факторный эксперимент типя Серия предвррительных опытов позволила установить, что исследуемые зависимости но могут быть с достаточной точностью пппроксимнровяны линейным уравнением из-зп широкого ин-тервплп исходных концентраций. Поэтому дялее эксперимент был поставлен по программа центряльного композиционного роттябельного планирования второго порядка. Рорлизовенные восемь опытов полного факторного экспоримэнтп были дополнены шестью оштяхш в "звездных" точкях и опытом в центре пляня. По результатам исследования получены слодуси-ио уррвненля регрессии:

Еш = 53,4+255,49 N¡1^ - 6,95 Н-5,71 Мя+ - 24,13ИН4+.Ж -

-17,96 + 0,72 Л-ГЬ + + 2,16 '8* Ив* +19,01(И1ф2

(I)

%=1614,4-900,4' К1Н| - 40,С53-Н.0,--Я N8+ +65,79 N11$ 'И <41,46 ИН| • N +11,23 а- N п* - 4,02 (IЯ • N +143,гЗШН|)?" (2)

Статистический рнвлйз уравнения регрессии (I) в кодированном виде покпзпл, что нрибольаеа влияние ня рпбочуп обменную емкость «вттттв КУ-2 по окезиврс? »сходное еодерзяние «агонийного лэотр в обррбятывяе!;ой воде. При увеличении этого кс"п?нента Е щ повышается. Противоположное'влияние ня цзлевуа функцио окрзыввот 4 исходные содержпннл конов жесткости я натрия. Причем в большей сте-петн сказывается протязоионный эффект, обусловленный присутствием ионов N гЛ особенно з облпсти верхней гртгацы исслздуе-ых концентраций.

Статистический р»рлиз уравнения рэгрессии С2)в кодированном виде поквэрл, что наибольшее влияние кп рпбочуа обменнуа емкость кртионитя КУ-2 по + тякпо окозывяе'Г исходное содержа-

ние иоиов кртряя. При увеличении их концентрации в обрябптывремой воде уменьсяотсп. Вторн?з по знпчииостл в уравнении регрессии яз-ляотся фякгор концентрации конов кестности, с увеличением которой Ед увеличивается. Проткзопояовное'элияниэ ня'функцию отклика оказывает исходное содерзянио ионов вшония. . < .

Весь цикл проведенных исследований обобщзн в вида звконокзрнос-тей изменения общей обменной ецкоети. кягионитя цу-2 от концентрации

- б -

яымония в исходной доочиценной ГСВ для трех уровней концентрации • кятионов жесткости (1,5 ; 4,0 ; 6,5) и противоионов Ыв+ (1,5 ; 6,0 ; Ю,5)мг-экв/л ( рис.1). Тяким обрязом,-представленные семзй-

? га

ог

Г"] ;

, ....._ 1______

; (

_____:___|____ ■ 1

! I 1 1.

2 А

1,1

мг-экл/л

Рис.1.Зависимость Еоб(Ц катионита КУ-2 от Щиох при различных Жисх и N аксх

ствя кривых охвятывяли все.возможные вярипнты состявов доочищенных сточных вод, позволили няглядно проследить влияние концентраций и соотношений сорбируемых катионов жесткости и противоионов

N я главное позволили установить облясть эффективного применения технологии совместного умягчения и деяммонизяции.

Кяк видно из рис.1, для всех исследованных составов ГСВ хжря-ктернр относительная стабильность значений общей обменной емкости квтионитя в.ряссмятривяемом дияпязоне концентраций NН^. Нячялъное снижение общей обменной емкости с ростом концентрации N особенно для вод с низкой гесткостьо мокет быть вызврно меньшей сорбцион-ной способностью N я-кятионитя по однозарядным ИОНрМ чей по

двухзярядным кятионям жесткости. Снижение общей емкости происходит за'счет ЕПоследующее некоторое.повышение обменной емкости кя-тионитя с ростом концентрации МН| более 1,0 мг-экв/л (особенно для вод с повышенной жесткостью) обусловлено протекянием в &той области обменя катионов жесткости не только не Мя+, но и на Nв конце филътроцикдов. Последнее возможно в связи с отключением фильтр» не по фиксироввнному,о по среднеостяточному за фильтроцикл содержанию N Н^ То; есть повышение общей обменной емкости происходят эя счет

Критерием еффективности являлись технологически оорввдвнныэ

значения общей обменной емкости 750-800 мг-экв/л и выше. Вне указанной зоны оказались типа ГСВ повышенной минерализации с содержанием более 6-7 мг-экв/л. Следовательно в режиме де^ммонизяции фактор противоионного воздействия N является определяющим по отношении к обменной емкости кятиокнтя,семейства кривых для возрастающих концентраций Ма существенно смешены относительно друг друга (рис.1), несмотря ня различные концентрации жесткости. Внутри каждого семействр кривых прослеживается четкая зависимость увеличения Ео5 с повышением концентрации жесткости. Это объясняется работой • фильтра в реяиме деямшнизяции, то есть отклпчениеы его задолго до истощения по ионам жесткости. Таким образом применение технологии совместного умягчения и деяммонизяции целесообразно в диапазоне концентрации N я — 6-7 мг-экв/л, ня верхней границе этого диапазона - при концентрациях кесткости более 4 мг-экв/л. При других показателях состава ГСВ технология совместного умягчения и девммони-эяции неэффективна. В этих случаях аммонийный азот предлагается удалять отдувкой в схемах умягчения или Н-кятионированием дистиллята в схемах термического обессоливяния.

В третьей гл^ве приведены результаты исследовяния технологии, удаления ЫН^-ионов Н-кя.тионировяниеи дистиллятя испарителей .Необ-. ходимость тякого решения для большинства типов ГСВ, прошедших коя-гуляцио известкованием^* >6-7 и Ж<4 мг-экв/л) вызвано незффзк-тивностьо процесся совместного умягчения и деяммонизяции.

Задачей исследовяния являлось изучение эффективности деяммони-зяции дистиллятя ня Н-катионитных фильтрах,- выявление возможности , получения остаточного содержания ИН^» удовлетворяющего требовр-< ниям воднохимического режима(ЗХР) парогенераторов высокого давления. Исследование закономерной сорбции '»¡^проводилось для широкого диапазона исходных концентраций 15-25 мг/л, тем самым охватывалась вся область возможных составов дистиллята испарителей, работящих ня ГСВ, я такие учитывалось приращение концентрации NН| за счет термолиза органических веществ. Эффективность процесса оценивалась по остаточной концентрации МН^ и обменной-емкости Н-катио-нитных фильтров.

В объем исследований входило установление технологических показателей Н-кятионитши фильтров в режиме деяммзнизрция дис-стиллятя. Эксперименты проводились на динамической колонке внутренним диаметром 16 мм, заполненной кятионитом КУ-2-8, объемом 100 мл. Квтионит истощали дистиллятом с заданной концентрацией В свя-

зи с нестабильность!} остаточной концентрации в фильтрате при различных условиях сорбции и регенерации отключение Н-катионитно-го фильтра на регенерацио производили при достивении начальной концентрации МН| получаемой в первых порциях фильтрата. Регенерации. проводили раствором Н^ 5 0^*

Остаточная концентрация иона вшоняя в дистилляте испарителей лимитируется из условий обеспечения аффективного сшнячного режима парогенераторов. Дня характерных величин добавка 1-3$ на КЗС п 10-5025 не ТЭЦ допустимые концентрации МН^ в дастшшято составляют соответственно 9,3-26 мг/л и 1,5-3,5 мг/л. Оптимальный следует считать режим Н-котионирования, при "которой среднеостаточняя концентрация в фильтрате отвечает требовании к его содержании в добавке. При более низких концентрациях . N^ 0 фильтрате часть потока дистилляте долкна пропускаться байпасом. То есть в рассматриваемом процессе Н-кятяонировения не целесообразно иметь яестко фиксированное значение остаточной концентрации N Н^ и соответственно условия исследования должны охватывать реаиш Н-катиониров'яния с различной глубиной деаымониэяции. .

С учетом изложенного для проведения исследований с использованием математического планирования эксперимента были выбраны следующие основные факторы, влияющие на глубину дершонизации и обивную емкость Н-кртионита XJ - расход 3 0^ на регенерацио О =120--240 кг/ы3 ; %2 ~ исходное содержание я&агония в дистилляте МН^СХ= 15-25 мг/л ; X - скорость фильтрования дистиллята через Н-катионит-кый фильтр V- 20-50 мэ/ч.

Еыд реализован план полного факторного эксперименте ШЭ - типа 23. В качестве целевой функции У} была, принята обменная емкость кятионитв К/-2(Е), а в качестве целевой функции У<з - ереднеостяточное содержание Ь1Н| в Н-катионированном дистилляте ( N Н^сросг. По результатам исследований получены следующие уравнения регрессии в натуральном масштабе.

Е=19,6 & +2,0( N Н|)иох--2,3 V+0,13 & ( N Н|)кох--165,бг-экв/^

■ :. '■ (3)

( N Н|)сР-т>=2,9-0,01 & +0,07( N Н|)исх*+0,04 V" иг/л (4) Статистический анализ уравнения регрессии (3) в кодированной виде показывает, что повышение расходе кислоты и исходного содержания

N Н| оказывает существенное влияние на возрастание обменной емкости Катионитз. й увеличение скорости фильтрования оказывает обратное действие. Анализ уравнения регрессии(4) показывает, что срод-

неостяточное содержание МН^ в фильтрате возрастает с повышение« исходной его концентрации и скорости фильтрования и уменьшается с повышением рясходя кислоты ня регенерации.

Весь цикл проведенных исследовякий обобщен в виде закономерностей изменения Е и ( N расходов Н2 й 04 ня регенерация для трех уровней исходной концентряции (15;20 и 25 мг/л) и скорости фильтрования (20;35;50 м/ч) (рис.2,3). Приведенные обоб-

/т 000. ело

да

„г-ш

"А £Л%'] =!5

ПГ-5К6

ПО НО Щ С кг/я'

¡¡'О. Сгиг/,,'

£

т №. а. т т.

мг-эхз..

--25

2Ш Сгру/Г1

Рис.2. Зависимость обменной емкости кятионитп КУ-2 (Е) от расхода Н£ Л (&) нп регенерации для ис-'15,20 и 25 иг/л и"У-*20,35 и 50 м/ч.

г- Л

ГГЛ [щ] = /3"

/20 /вЗ Г, „^

зю о ¡V'

№0 ¿40 С

Рис.3 Зависимость среднеостяточиого содержания ИН^

13 фильтрате от рреходй Нд Л 0^ (С-) нп регенерацию для мн+ исх._ 15>20 „ 25 мг/л и У - 20,35 и 50 м/ч.

ценные зависимости позволяют едзлять ряд важных прянтических выводов. Для всех исходных концентраций и скоростей фильтрования характерно существенное увеличение обменной емкости кптионитя и енняение остаточного N Н^ (более че:л в 2 разя) в рассмотренной дияпязоне расходов [¡2 50^. Учитывяя ограниченное число регенерации, в практику эксплуатации следует рекомендовать технологически приемлемые расходы кислоты. 200-240 кг/м3 и повышенные скорости фяль-

троврнля 35-50 к/ч.

Это позволит для большинства величин расходов добрвочной воды в ПВЦ 1ЭС огряничиться минимальным количеством филь'тровпльного оборудования, применяя в случае получения высокого кячествя филь-трято (относительно требуемого) прием бяйпрсировжия. Доля бяйпя-сируемого рясходя рвсчитызрется с помощью злег^ентярного иятерия-льного бялянс*. Полученное в опытях качество И-кйТионироБйшого дистиллята удовлетворяет требованиям ВХР КЭС с ллбой величиной до-бявкя» я ВХР ТЭЦ - только-при величине добявкр 20% (от пяропро-изводктзльности). Чтобы обеспечить требуемое количество добавочной воды ня ТЭЦ с величз1ной добявкр ^ 20$ необходим« болео глубокая де'яимонизяция дистиллят*, которая может быть достигнут? при переходе нп противоточный реким кятионировжия. Поэтов бшзя проведен« дополнительная серия экспериментов hp динамической колонки с противоточной регенерацией. ПроцессН-кятконировяния осуществлялся при наиболее неблагоприятных условиях сорбции - ырксимрльной исходной концентряции NH| - 25 мг/л и скорости фильтрования -50 и/ч. Ррсход Kg SО4 был принят 180 кг/м3. Были достигнуты приемлемые технологические показатели Е=683 г.экв/м3, ( Следовательно при противоточной регенерации Н-кятионит» будет оби-спэчено требуемое качество добавочной воды hp ТЭЦ и для величин добявкя 30-505?..•'■••.

Четвертря глявя посвяценя рязряботке технологий утилизации отррботянных регенеряционных рястворов (0РР) Мя- и Н-кятионитных фильтров, истощенных по иону рммония. . , ■

Исследование Nft-кптионировяния ГСВ (глявр 2) покязяло целесообразность йовторного использования 0РР Мв-фильтроо после их очй-стки от солей жесткости и яшонийного язотя. Исходя из этого, зя-дячей настоящего исследовяния являлось определение технологических показателей процесс« деямыонизацпи 0РР и его математическое описание. •

Призняно целесообразным проводить демаюнизгцив СРР Np-kpth-онитных фильтров отдувкой воздухом в скруббера. Применение скруббера в денном случ'яе отвечает условиям обработки относительно небольших объемов 0РР н соответственно использованием ограниченных (относительно грядирен) расходов воздухя.

Эффективная отдувку лшйака воздухом достигается лишь при определенных значениях рН, при которых происходит перевод из диссоциированной формы в молекулярную N'H^CH. Для отого в ОРР вво-

дится 1ЧлОН в колячосгБв стехиоиетричном содержим» аммония.

Реплышй диапазон концентрации в ОРР составляет 1000 т 4200 мг/л. Экспериментальные исследования проводили на скруббере с регулируемой подячоЯ воздуха. 3 качестве целевой функции У- при-., нято остаточное содержание (Сост'мг/л) в ОРР, в качество факторов принята температура раствора (t= 20-50°С); число последовательных отдувок (Л = 1-Ю) ; удельный расход воздуха (ГП - 100-500 м3/м3); исходная концентрация МН4 в ОРР (С"®!' « 1000-4200 мг/л).

Ятя получения уравнения регрессии.был реализован ортогональный пл^н. второго порядка для К=4 (число факторов) и П=1 (число опытов в центра плана). Реализация такого плана быля вазз»ня тем, что линейное уравнение регрессии оказалось, неадекватном. 3 связи с этим добавлено 2й=8 звездных точек, расположенных на координатных осях факторного пространства. Получено следудчез уравнение ре-■ грессии з нртурдеьиои кмкгеябе :

сост. ^10-45,7 - 22,21-100,2 п -2,1т +0,33 Сис^-+Г,55-Г0_2г- т-

-22,55-Ю"4 t •С1]0Х- -41,32-Ю"3 • П -С;!С*--4,35-10:4 т • Сяс*Ч-¡{Н,| ин| нн4

+193,25-10'3-12 +6,55п2 +31,05'Ю~4.т 2 -(69,19 'КГ6 Снс*'2 ,

И Ни

мг/л (5)

Из статистического анализа уравнения регрессия в кодированном виде (5) следует, что увеличение значений всех фяктороз за исклвчо-ниен Сис^'приводит к уменьшен;!» значения целевой функции Сос^: При

N«4 Нн|

чем наличие знака (-) перед 1;, П , ГЛ не компенсируется приращена ем значения целевой функции за счет поло-тательного зняхя перед квя дрятичикми членам! этих факторов. Полученное уравнение дает возмоя ность оценить изменение целевой фунхца:« пря одновременном изменении всех факторов, аходдарпе в дякное ура.внзннз в пределах интервалов их варьирования.

Весь цикл проведенных исследований бнл обобщен а виде закономерностей изменения остаточной концентрации аммония от числя последовательных отдувок (рис.4) Д-7Я трех уровней исходной концентрации аммония (1,0;2,6;4,2 г/л). Кроме того, для кавдоЯ из указанных концентраций NН| рассмятризялись двв значения удельного расход« воздуха (100 в 500 м3/м3) и три значения температуры (20;40;60°С).

числа последовательных отдувок для исходной концентрации еммонип 4,2г/л, удельного расхода воздуха 1П-100 и 500мэ/мэ и температуры Ь- 20; 40; 60°С. То есть,представленные семейства кривых охватывали все аозмоллые варианты отдувки аммиака из отработанных регенерационных р&ство-. ров,а главное позволяли применять оптимальные параметры процесса. Как видно из рис.Л, с уменьшением исходного минимальные остаточные концентрации достигаются при меньшем количество отдувок. Дня каждого семейства кривых прослеживается увеличение степени отдувки N^«3 с повышением температура и удельного расхода воздуха, особенно в области пометенных исходных концентраций N1-1^,однако пре валируюзям фактором является ко.т.'. ;~етво отдувок.3 целом,график наглядно демонстрирует возможность восстановления отработанных растворов Иа- фильтров отдувкой либых исходных концентраций Ш^. Разработаны также технические решения по утилизация отработанных .лвдопийсодэрякгцих регенерационных Г'-дтворов К-катионнтных фильтров. Выходные кривее регенерация Н- фильтра (рис. £) для минимального и максимального расходов характеризуются относительной ^стабильностью .концентраций МЬ' - и Н+- ионов.В связи с этим . образке .-и утилизации подлежит весь объем ОРР.Исходя из 3,5-7,5 кратного превышения концентрации К- ионов относительно Ш^-ионов, предложены три варианта утилизации.

¿Доннообменное извлечение, серной кислоты анионитам ЛВ-17 в ЙОкорме из отработанного кислого ре-генерационного раствора. При последующем контакте анионита в бисульфат-ной форме с дистиллятом смола наделяет в раствор часть Неиспользуемой для Ц-фильтра.Максимальное количество кислоты,возвращаемое в цикл регенерации, составляет 46-56^ расхода свежего реагента,

' зне

а;

•ч

о"»

«V

х -хм т х

rj ■

<\> ; •c

/ \ V, ---! \

—t ¡/ и v \

п ; и jui \

—« Cz 41 \

О

ff

Расход раггнгрънтя., л/л

Рис.5.Выходные кривые регенерации : катионита !Г/-2 2% HZS 04с удельным расходом,кг/м3: А-240; Б-120; 1,1-кислотность; 2, З^-концентрация NH| .

2.0РР Н-катиони.тного фильтра используется для противонакипной обработки охлаждающей оборотной вода T3G или химической очистки тепло-обменного оборудования.В этой, качестве GPP мояет использоваться непосредственно после регенерации,либо после частичного извлечения из него кислоты.В охлавдавщей воде, наряду с реакциями нейтрализации будут-протекать реакции ' ■ ■ ' ,

Ca C03+(NH4)2,S04 — Ca504+CNH4)^03 С N Н4) 2С03——' 2 N Н3+С02+Н20 ."

>То есть нейтральная соль ( NH4)gfi04 оказывает такое аа действие как кислота, ко ввиду сокращения дозы последкай уменьшается опас.-ность перечисления и коррозии оборудования. 3. Отработанный раствор Н-фильтра используется для нейтрализации щелочности продувочной воды испарителей,подаваемой на регенерация Ма-фильтров. -' .V В пятой главе рассмотрены вопросы экономической и экологической эффективности процессов деаммонизоциа ГСВ и утилизации аммоний-содержещих отработанных растворов.На основе выполненных экспериментальных исследований были скорректированы соответствующие схемы: умягчения для ТЭС (рис.б) с парогенераторами давлением ^ЮШа (включительно) и термического обессоливзния(рис.7)для ТЭС с парогенераторами 14 Ша к визе. - '

Са'.СН)

Рис.б. Схема умягчения и деаммонизацик добавочной воды на ТЭССс парогенераторами р^ПШа) из доочищенных ГСВ.

(СОг

п

Г1

Ив I

и

г>

На

№

Рис.7.Схема термического обессояквания добавочной воды на ТЭС(с пара генераторам р>10Ша) из доочищенных ГСВ.

Для каждой из этих схем ВПУ возможны два варианта технологии де-аммонизации.Пря относительно невысокой минерализации ГСВ (Ка^ 6-7 мг-экв/л) удаление ГШ^ в обеих схемах осуществляется совместно с умягчением на N а- катиониткых фильтрах I ст. Дня ГСВ повышенной минерализации №а>6-7 мг-экв/л) удаление аммиака в схеме умягчения осуществляется отдувкой в скрубберах из щелочной среды,(схема дополняется скруббером - показан пунктиром на рис.б), а в схеме термического обессоливания- Н- катионированием дистиллята испарителей (схема дополняется узлом Н-кетионитных фильтров-показан пунктиром на рис.7).В этом случае Nа-фмьтры в обоих схемах! рис. 6 и 7) работаат в рекиме умягчения.

Эффективность сорбции N¡1^- ионов на Ма-фильтрах определяется значением рН исходной воды.При коагуляции известкованием

и'сернокислым келезом pH осветленной воды составляет 10,2-10,4.При этом Зо> аммиака находится в недиссоциированной форме(несорбируо-мой Иа-катионитом),а содержание ионов аммония составляет связи с этим известкованную воду необходимо подкислять перед механическими фильтрами , до величины рН=7,5-7,8 с целью перевода NH3 вВ рассмотренных схемах Na-фильтрн 1ст. загружены катеонитом КУ-2 и отключаются на регенерации по увеличение концентрации NH^.Вторая ступень Na-фильтров загружена катионитом сульфоуголь и отрабатывается по ионам жесткости.Особенностью второго варианта схемы на рис.6 является осуществление отдувки аммиака воздухом.

. Эффективность процесса является функцией pH,температуры и расхода воздуха.Поэтому в традиционную технологию известкования и коагуляции внесены следуящие коррективы .Доза извести должна обеспечивать значения рН~ 10,5-11,0, при которых достигается равенство эквивалентных концентраций аммония •.■ гэдратной щелочности.При повышенных исходных концентрациях аммония во избежании переизвесткования исходную воду подщелачивает. NaDH.Непосредственно перед скруббером осветленая вода догревается до температуры 40-б03С.При удельных расходах воздуха 2000-3000мэ на 1мэ ГСВ и указанных показате-

„ отиувки nr.

лях рп степень*составляот 90-95%, то есть для максимальных исходных концентраций 15-25 мг/л остаточное содержание NH| будет 1,4-2,0 мг/л. Вследствие повышенной щелочности воды,обусловленной введением больших доз иавестиСили извести и едкого натра),обработанная вода после скруббера пересыщена по карбонату кальция.Позтому после скруббера предусматривается осветлитель со взвешенным слоем осадка для осаждения нристаллиэуощейся взвеси.

Особенностыовторого варианта схемы на рис.7 является перенесение деаммонизации на стадию доочистки дистиллята.При этом на Н- катионитных фильтрах сорбируется как аммоний,перешедший в паровую фазу в результате отгонки,так и аммоний,образовавшийся'в результате термолиза органических веществ.В зависимости от размеров добавки в пароводяной цикл допустимое содержание в ней аммония ыожет ■превышать реальные остаточные концентрации NH^b фильтрате Н-фильтров. Поэтому определенная часть расхода дистиллята пропускается байпасом для уменьшения количества Н-катионитных фильтров и кондиционирования качества добавочной воды по содержании NH^- ионов и значение pH.Исходя из необходимости укеньаения тепловых потерь при пе-

NH-5

ш

реохлаждении конденсата испарителей,дистилляция мояет быть организована в одноступенчатых вакуумных аппаратах или в многоступенчатых установках с завершающей вакуумной ступенью испарения.

На основании результатов исследований по утилизации отработанных аммо ни Я с оде ржащи х растворов рекомендуются следующие схемы.Для ВПУ с технологией умягчения и деаммонизации на Na-фильт pax рекомендуется схема рекуперации отработанных растворов (ОРР) Na Сб. (рис.8). Первую половину ОРР,содержащую основное количество ионов аммония и жесткости,подают на рекуперацию.Вторую половину ОРР,практически не содержащую NH| с малой концентрацией жесткости,собирают и используют в следующем цикле на первой стадии регенерации.Рекуперация 'первой половины ОРР прово- • дится дозированием №ЮН и отдувкой NH4b скуббере. После рекуперации раствор используат на второй стадии регенерации Na-катио-нитных фильтров.Для ВПУ с . технолигий деаммонизации дистиллята испарителей Н-катио.чированиеы рекомендуется схема рекуперации ОРР Н-катионитных фильтров (рис.9) .Отработанный кислый раствор после регенерации Н-фильтров собирается. Затем проводятся последовательные операции'1 контактирования анионита . с 0РР;и дистиллятом.Отработанный кислый раствор

Рис.8.Схема рекуперации OPPNa-кати-онитных фильтров,истощенных по N Н|: I-отстойник; 2-ыэхан;:-чзский фильтр;3-поверхностный подогреватель;4-скруббер;5-бак сбора рекуперированного раствора.

Hiici.'

БОК

Kyi

Но ,t>(!ie///?/?aH,u),?

п

get J УК: —1

Wi,—.

на ¿¡гхргменис.

6БК

№

y^tA^iOtiJgJ UCtCsf^Hlf-Hjii

Рис

^.Принципиальная схема рекуперации кислоты из ОРР Н-фильт-ра доочистки конденсата.

поело енйонитного фильтра утилизируется по одному из рассмотренных выае' вариантов.Промывочный дистиллят используется для взрыхления ,а восстановленная иислота(после её до укрепления)для pare нерации Н-катионитного фильтра.Экологическая и экономическая эффективность предлагаемых схем использования ГСВ на ТЭС определяется косвенными и прямыми показателями.Первые характерируются , предотвращением- ущерба природному водоему от исключения сбросов недостаточно очищенной ГСВ и сокращением расхода дефицитной пресной воды в результате ее замены з техводоснабкении доочищенной ГСВ.Прямые показатели эффективности определяются сопоставлением конкретных затрат и получаемых производственных и технологических эффектов,то есть сопоставляются дополнительные приведенные затраты на подготовку ГСВ относительно аналогичных затрат для природной воды,В соответствие с доставлением Госплана Азербайджанской республики !? 100 от 23,04.IS87r осуществляется перевод Бакинской ТЗЦ-1 на техническое водоснабжение очищенными сточными водами с Говсанских очистных сооружений г.Баку.На Бакинской ТЭЦ-I создается опнтно-промыпленная установка (ОПУ) приготовления добавочной воды из ГСВ производительностью 350 т/час дистиллята. В таблице приведены сравнительные технико-экономические показатели ОПУ для условий использования природной технической .воды и до-очищенной ГСВ. .

Таблица

Технико-экономические показатели ОПУ

Наименование показателей Единица измерения Величина показателей ,

на природной воде «а доочищен-ной сточной воде

Установленная производи т/чао 350,0 350,0

тельность , . •

Годовая производитель- тыс/год 316,5 316,5

ность

Стоимость исходной воды руб/т 1.8 0,051

Стоимость реагентов руб/т 1,045 2,09

Заработная плата персо- руб/т 3,7 3,2

нала

Годовой объем производ- шгн.руб. 20,6 18,29

ственных затрат

Величина прогнозируемой млн.руб. 2,31

прибыли —

Срок окупаемости строи- лет 3,5

тельства -

Как следует из таблицы,годовой экономический эффектСбез учёта предотвращенного ущерба) составляет 2,31мил,руб. в ценах 1991г.

:/;

ц

1.Выполнен анализ исследоввдийуопыта использованияГСВ в промышленном водоснабжении.Сделан вывод ,что применение ГСВ в энергетике сдергивается недостаточной проработкой вопросов доочистки

и водоподготовки.в том числе и пЬ эффективной деаммонизации.Обоснована целесообразность использования на ТЭС ионообменных методов .деаммонизации, которые могут быть реализованы в применяемых схемах Ма- и Н-катионирования. .

2,Исследованы закономерности совместной сорбции МН| и

ионов наНа-катионитных фильтрах для практически всей области воз- • мошых составов ГСВ .Выведены эмпирические зависимости рабочей обменной емкости катионита КУ-2 по катионам МН4 и Са, от и}С исходных концентраций и содержания противоионов Ма+. Установлена эффективность технология, совместного умягчения и де-. аммонизации. N а-катионированием для ГСВ с концентрацией натрия

6-7 мг-экв/л, а на границе установленной области-при концентрации жесткости > 4мг-экв/л.При других показателях состава ГСВ 1^а-катаонитные фильтры должны работать в режиме только умягчения, а деаммонизация обеспечиваться Н-катионированием дистиллята испарителей-(в схеме обессоливания) или отдувкой (в схеме умягчения).

3.Исследованы закономерности сорбции ионов аммония Н-катиониро-ваяием дистиллята испарителей .Построены математические модели, описывающие зависимости рабочей обменной емкости и остаточного содержания аммония в фильтрате от основных значимых фахторов-ис-. ходной концентрации ИН^- ионов,удельного расхода кислоты на регенераций, скорости фильтрования.

Обоснованы допустимые остаточные концентрации МН^- ионов в добавочной воде ТЭС, обеспечивающие предотвращение коррозии конденсат-но -питательного тракта.Для ТЭС с величиной добавки — необ-димое качество добавочной вода достигается К- катионированием дистиллята в прямоточном режиме, а для ТЭС с большими величинами добавки-в противоточном режиме копирования.

4.Исследован., процесс отдувки аммиака из отработанных регенера-ционных растворов На-катионитных фильтров,истощенных по иону ш-

мония, построена математическая модель,характеризующая эффективность отдувки аммиака" от исходной его концентрации.температуры, удельного расхода воздуха и количества циклов отдувок. Предложена технология рекуперации отработанных еммонийсодержащих растворов Ма-катионитных (фильтров,основанная на их обработке реагентами одновременно для целей отдувки аммиака и осаздения катионов жесткости.Сочетание технологии рекуперации с двухстадийной регенерацией N а-фильтров отработанным и восстановленным раствора*.« обеспечивает минимальные расходы реагентов на деамшнизацию.

5.Исследована технология ионообменного иэвлеченияСна сильноосков-ном анионите) серной кислоты из отработанных регенерационных растворов Н-катионитных фильтров.доочистки дистиллята испарителей. Технология обеспечивает возврат в цикл регенерации 45-55^ отрабо- . танкой кислоты и соответствуощее снижение в отводимом стоке. '

Обосновано также применение отсаЗотянных аммонийсодерхатлх кислых

оорвоотки . г

растворов для противонакипмои воды систем оборотного охлаждения и

для нейтрализации щелочности концентрата испарителей используемого

для регенерации Nа-катионитных фильтров.

6.По результатам исследований разработаны экономичные,экологически совершенные схемы умягчения и термического обессоливзния добавочной воды на ТЭС с различными параметрами генерации пара,обеспечивающие эффективную деаммонизацию доочищенных ГСВ,Разработали схемы утилизации и рекуперации отработанных аммонийсодёржащих регенерационных растворов и Н- катионитных фильтров.

7.Разработаны исходные данные для проектирования опытно-промьшшен-Ной установки (ОПУ) подготовки добавочной воды на Бакинской 1ЭЦ-1-производительностью 350т/ч работающей на"доочищенной ГСВ с Говсан-ских очистных сооружений.По данным Азэнергопромпроекта экономичес- ' ский эффект от эксплуатации ОПУ составит'2,31млн.руб.в год(в ценах 1990г.).Разработаны рекомендаций для проектирования схемы доочист-ки ГСВ ка Говс-^анских очистных сооружениях г.Баку производительностью 100 тыс.м. в сут.для подачи их промпредприятиям.По данным Бакинского Водоканалпроекта ожидаемый экономический,эффект от внедрения составляет 1,3 млн.руб. в год (в ценах 1985г,).Экономическая ■ и экологическая эффективность разработанных научно-технических решений достигается за счёт экономии дефицитной пресной воды,уменьшения сброса недостаточно очищенных сточных вод в акваторию Бакинс-

кой бухты, а также сокращение расходов на деаммониз&циэ ГСЗ в процессе приготовления добавочной воды на ТЭЦ.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Полетаев Л.Н..Малахов И.А.,Гасанов А.И. Удаление аммонийного азота при подготовке добавки из.бытовых сточных вод по схеме термического обессоливашя'на ТЭС и АЭС // Материалы научно-технического совещания "Утилизация сточных вод Юкноукраинск.19Э0-С. 92-94. /

2.Абдуллаев К.И..Малахов И.А..Гасаяов А.И. Особенности технологии термического обессоливания добавочной воды -на ТЭС при использовании доочищенных городских сточных вод // Тематический сборник научных трудов Аззрб.ГНА - БакуЛ991.-С.83-87,

3.Азимов Б.С.,Агаев В.Д.,Гасанов А.И. Разложение органических соединений хозяйственно-бытовых сточных вод в процессе термической подготовки добавочной воды на ТЭС // Тематический сборник научных .трудов Азерб.ГНА - БакуЛ991.-С.88-90.

4.Гасанов А.И.,Полетаев Л.Н.,Малахов И.А. Исследование эффективности процесса совместного умягчения и деаымонизации На-катиони-ровением // Ученые записки Азерб.ША- Баку. 1993. 04- С.51-54. б.Гасанов А.И. .Очистка ашонийсодержащих отработанных регенера-ционных растворов кагионитных-фильтров //Ученые записки Азерб. 1ВА.- Баху . 1993. № б - С.

Зак. £'М\ Тир. ¿¿V Пет. л./, Р. Тип. АГНЛ Ьаку-ГСП. пр. Аэпллыг, 20